DE3425453C2 - Zweikammerhochvakuumanlage - Google Patents

Zweikammerhochvakuumanlage

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DE3425453C2 DE19843425453 DE3425453A DE3425453C2 DE 3425453 C2 DE3425453 C2 DE 3425453C2 DE 19843425453 DE19843425453 DE 19843425453 DE 3425453 A DE3425453 A DE 3425453A DE 3425453 C2 DE3425453 C2 DE 3425453C2
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Abstract

Schleuse einer Zweikammerhochvakuumanlage zum Transport von Substraten von einer Beschickungskammer in eine Arbeitskammer und umgekehrt mittels einer kreisförmigen Scheibe, welche beidseitig Substrate aufnehmen kann. Diese Schleuse ist speziell geeignet für Ionenstrahlätzverfahren unter Höchstvakuum und verkürzt wesentlich die Beschickungszeit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleuse einer Zweikammerhochvakuumanlage zum Transport von Substraten, z. B. Halbleiterscheiben, von einer Beschickungskammer B in eine Arbeitskammer A und umgekehrt, wobei die Substrate in mindestens einer Kammer einem Behandlungsschritt unterzogen werden, z. B. Ionenstrahlätzen in der Arbeitskammer, und anschließendes Veraschen der Fotolackmaske in der Beschickungskammer.
Es ist bekannt, daß verschiedene Schleusensysteme in der Hochvakuumtechnik eingesetzt werden. Handelsübliche Schleusen arbeiten folgendermaßen:
Mit einem vakuumdichten Schieber wird die Beschickungskammer von der Arbeitskammer getrennt. Die Beschickungskammer wird geöffnet, die Substrate werden auf einer Verschiebevorrichtung montiert, die Beschickungskammer wird geschlossen. Nach dem Abpumpen der Beschickungskammer wird der vakuumdichte Schieber geöffnet und erst jetzt werden die Substrate durch eine geeignete Mechanik, die sich inklusive Antrieb im Vakuum befinden kann, oder mittels einer vakuumdichten Durchführung von außen in die Arbeitskammer gefahren. Ein zusätzliches Manipulieren der Substrate (z. B. Rotieren, Kippen, Taumeln) und deren Versorgung mit Medien, zum Kühlen oder Heizen der Substrate, wird im Hochvakuum äußerst aufwendig und kostspielig.
Ebenfalls sind Schleusensysteme bekannt, die sich eines drehbaren Körpers bedienen, welcher revolverartig
die Substrate von der Atmosphäre über eine Vorvakuumkammei· in das Hochvakuum transportiert. Diese Schleusentypen bieten eine wesentliche Geschwindigkeitssteigerung des Substratdurchsatzes, jedoch werden sie vornehmlich für sehr kleine Substratgrößen eingesetzt, die weder eine Medienversorgung noch eine Manipu-
« lation im Hochvakuum verlangen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schleuse der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, wobei der Substratwechsel möglichst schnell geschieht, das Substrat z.B. eine Scheibenform (~6"0) haben kann, manipulierbar ist und mit Medien versorgt werden kann, unter Berücksichtigung einer möglichst kleinen Beschickungskammer, welche jedoch noch Raum für einen komplexen Substratmanipulator vorsieht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Die Drehachsen der kreisförmigen Scheibe sind Rohre, durch welche die Medienzufuhr zu den Substrathaltern erfolgt (wie z. B. Kühlwasser und Strom für die Substrathalter). Diese haben dadurch in jeder Phase des Prozeßablaufes mit den Medien Verbindung.
Weitere Vorteile der beschriebenen Schleuse sind:
— Bei einer Drehung der kreisförmigen Scheibe um 180° erfolgt das Öffnen und Schließen beider Vakuumkammern voneinander, sowie der Transport der Substrate von der Kammer A in die Kammer B und umgekehrt mit der gleichen mechanischen Vorrichtung, ohne daß dabei die Medienzufuhr beeinträchtigt wird.
— Geringe Baugröße der Schleuse bezogen auf die nutzbare Substratoberfläche, die maximal so groß wie die Planfläche der kreisförmigen Scheibe sein kann.
— Montageraum für Substratmanipulatoren auf beiden Planseiten der kreisförmigen Scheibe, wobei ein Manipulator maximal so groß sein kann, wie ihm ein Halbkugelvolumen mit dem Radius der kreisöfrmigen Scheibe Platz bietet.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der F i g. 1 und 2 erläutert.
Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, bestehen die Hauptmerkmale der Schleuse aus der kreisförmigen, um eine Achse 4 klappbaren Scheibe 1 mit ihren zwei sie umschließenden Radialdichtungen 2 u. 3, wobei sich
-üi.
zwischen den Radialdichtungen zentrisch zur Klappachse 4 auf den gegenüberliegenden Seiten je eine Drehachse 5 u. 6 befindet, und aus dem Flanschring 7, in dem die Drehachse 6 durchgängig und um 180° drehbar, durch je zwei Radialdichtungen 8,9,10 u. 11 abgedichtet, gelagert ist
Der besonderen Form der InnenwandLng des Flanschringes 7 ist es zuzuschreiben, daß die Radialdichtung 2, weiche der Arbeitskammer A zugewandt ist, an der Innenschräge des Flanschringes 7 dichtet, während die j Radialdichtung 3 zur Beschickungskammer B durch den an dieser Stelle größeren Innendurchmesser des Flanschringes 7 einen Spalt zwischen sich und dem Flanschring 7 läßt Beim Klappen der kreisförmigen Scheibe 1 im Flanschring 7 um die Klappachse 4 um 180°, vertauschen beide Radialdichtungen 2 u. 3 ihre Positionen, wobei das Dichtverhalten zur Arbeitskammer A und zur Beschickungskammer B jedoch das Gleiche bleibt
Die Drebachsendichtungen 8 α 10 sind nach dem Klappen der kreisförmigen Scheibe vakuummäßig immer der Beschickungskammer zugeordnet und tragen so mit ihrer Leckrate nicht zu einem schlechteren Endvakuum auf der Arbeitskammerseite bei. Der Raum zwischen den Radialdichtungen 2 und 3 wird beim Abpumpen der Beschickungskammer immer mitevakuiert. Der Spalt zwischen Flanschdichtung 7 und der kreisförmigen Scheibe 1 auf der Beschickungsseite B ermöglicht außerdem ein leichtes Wechseln der beiden Radialdichtungen ohne eine Demontage der Schleuse.
Durch die Ausbildung der Drehachsen 5 u. 6 als Rohre kann in dem hier gezeigten Beispiel durch die Drehachse 5 in einer koaxialen Kühlleitung ein Kühlmedium dem Substratmanipulator zugeführt werden. Durch die Drehachse 6 werden Kabel von der Atmosphäre bis zu den Manipulationsmotoren im Hohlraum 12 des Manipulators geführt
In Fi g. 1 u. 2 ist jeweils nur ein Manipulator gezeichnet, da der zweite identisch und klappsymmetrisch zur Klappachse 4 angebracht ist Der Substratmanipulator ist mittels zweier 90° gebogener Rohre 13 u. 14 auf der Planseite der kreisförmigen Scheibe 1 befestigt Die Rohre 13,14 sind jeweils durchgängig mit den Drehachsen 5 u. 6 verbunden und werden mittels zweier vakuumdichter Verschraubungen 15 u. 16 in der kreisförmigen Scheibe gehalten. Die Rohre sind so montiert, daß sie mit ihren 90°-Schenkeln parallel zu den Drehachsen 5 u. 6 stehen und mit ihren anderen Enden durch je zwei Dichtringe 17,18,19 u. 20 eine vakuumdichte Schwenkachse 21 des Manipulators bilden. Der Manipulator kann +/ — 65° um diese Achse geschwenkt werden. Er besteht im wesentlichen aus folgenden Teilen:
Dem Substratteller 22, welcher drehbar und vakuumdicht durch einen Dichtring 23 im Kühlwasserdichtkörper 24 gelagert ist, der wiederum vakuumdicht auf dem Manipulationsgrundkörper 25 verschweißt ist, und dem Motorgehäuse 26, weiches mittels eines Dichtringes 27 vakuumdicht unter dem Manipulationsgrundkörper 25 angeschraubt wird. Der sich ergebende Hohlraum 12 des Manipulators zwischen Motorgehäuse 26 und Manipulationsgrundkörper 25 ist mit der Atmosphäre außerhalb des Vakuumsystems durch die 90° gebogene Rohrleitung 13, welche Verbindung zur Drehachse 6 hat, verbunden und bietet Raum für die Antriebsmotore 28 u. 29, die das kontinuierliche Drehen des Substrattellers 22 bei gleichzeitigem Kippen um die Schwenkachse 21 gestattet. Der durch zwei Schweißnähte gesäumte Hohlraum 12 zwischen Kühlwasserdichtkörper 24 und Manipulationsgrundkörper 25 erhält durch eine Bohrung 31 im Manipulationsgrundkörper 25 Zugang zum offenen Ende eines der beiden 90°-Röhre und zwar zu demjenigen, welches als koachsiale Kühlwasserzufuhr gedacht ist (14).
Das Kühlmedium wird somit durch die Achse 5 durch das 90°-Rohr 14 in den oben beschriebenen Hohlraum 12 gepumpt und erzielt eine Kühlung des Manipulationsgrundkörpers 25 und des Kühlwasserdichtkörpers 24, welcher wiederum durch Kontakt zum Substratteller 22 Wärme, durch Prozeßeinwirkung verursacht, abführen kann.
Die Kabelzuführung zu den Manipulationsgetriebemotoren 28 u. 29 erfolgt durch die der Kühlwasserzufuhr entgegengesetzten Rohrzuführung 13 so, daß die Kabel durch eine Aussparung 32 des 90°-Rohres 13 im Schwenkachsenbereich des Manipulationsgrundkörpers 25 bis in den Hohlraum 33 zwischen Motorgehäuse 26 und Manipulationsgrundkörper 25 gelangen und somit die dort untergebrachten Motore 28, 29 erreichen. Die obenerwähnte Aussparung 32 des 90° -Rohres 13 ist so tief, daß keine Scherwirkung der Kabel beim Schwenken des Manipulators erfolgt.
Der Manipulator, der in der oben beschriebenen Weise mit der kreisförmigen Scheibe 1 verbunden ist, bildet mit dieser eine mechanische Einheit und läßt in jeder Prozeßphase die Medienzufuhr und die Manipulation des Substrates zu.
Die Arbeitsweise der Schleuse soll anhand eines Arbeitsablaufes in einer lonenstrahlätzanlage gezeigt werden.
1 — Arbeitskammer A und Beschickungskammer B ist geflutet.
2 — Schleuse ist geschlossen
3 — Abpumpen der Arbeitskammer Λ Beladen des Substrathalters in der Beschickungskam
mer. Schließen der Beschickungskammer. 60
4 — Abpumpen der Beschickungskammer.
5 — Drehen der kreisförmigen Schleusenplatte um 180°, damit öffnen und Schließen der beiden Kammern
voneinander und gleichzeitiger Transport des Substrates von (A) nach (B).
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6 — Manipulation des in der Prozeßkammer befindlichen Substrates, Beginn mit Ionenbeschuß des Substrates.
8 -
9 -
Fluten der Beschickungskammer. Öffnen der Beschikkungskafnmer. Beladen des Substrates in der Beschikkungskammer. Schließen der Beschickungskammer. Abpumpender Beschickungskammer.
— Ende des Ionenbeschusses des Su bstrates in der Arbeitskammer.
Drehen der kreisförmigen Schleusenplatte um 180° (damit öffnen und Schließen der beiden Kammern voneinander und gleichzeitiger Transport der Substrate von (A) nach (B) und von (B) nach (A).
Manipulation des in der Prozeßkammer befindlichen Substrates. Ionenbeschuß des Substrates.
Einsprung nach
Veraschen der Fotolackmaske des bereits ionenstrahlgeätzten Substrates in der Beschickungskammer. Fluten der Beschickungskammer. Öffnen der Beschickungskammer. Entladen des Substrathalters. Laden des Substrathalters. Schließen der Beschickungskammer, Abpumpen der Beschickungskammer
Die Schritte 1 —6 sind nur bei der Inbetriebnahme einer Anlage zu berücksichtigen, wogegen die Schritte 7—9 im laufenden Betrieb zyklisch durchlaufen werden. In den Schritten 3,6 und 9 ist ein paralleles Arbeiten in der Arbeitskammer und in der Beschickungskammer möglich. Dies erhöht den Substratdurchsatz zusätzlich zum schnellen Transport der Substrate von (B) nach (A) und umgekehrt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

i, Patentansprüche:
1. Schleuse einer Zweikammerhochvakuumanlage zum Transport von Substraten von einer Beschickungskammer (B) in eine Arbeitskammer (A) und umgekehrt, wobei die Substrate in mindestens einer Kammer
einem Behandlungsschritt unterzogen werden, z. B. lonenstrahlätzen in (A) und anschließendes Veraschen der Fotolackmaske in (B), dadurch gekennzeichnet, daß ein verschwenkbarer Körper vorgesehen ist, welcher beidseitig Substrate aufnehmen kann, daß dieser verschwenkbare Körper aus einer kreisförmigen Scheibe (1) besteht, die an ihrem Umfang zwei Radialdichtungen (2,3) zur Abdichtung gegenüber einem sie umschließenden Flanschring (7) aufweist, wobei mittig zwischen den Radialdichtungen (2,3) zwei einander gegenüberliegende, konzentrische Schwenkachsen (5,6) vom Scheibenumfang radial nach außen abstehen, die jeweils mit zwei Dichtungen (8,9) bzw. 10,11) im Flanschring (7) vakuumdicht um 180° verschwenkbar gelagert sind, so daß die auf den Planseiten der kreisförmigen Scheibe (1) angebrachten Substrathalterungen wechselweise den beiden Kammern (A u. B) zugewendet werden können.
2. Schleuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig vom Verschwenken um jeweils 180° nur eine Radialdichtung (2 in der Stellung nach Fig. 1) der kreisförmigen Scheibe (1) gegen den Flanschring (7) dichtet und zwar zur Seite der Arbeitskammer (A), die zweite Radialdichtung (3 in der Stellung nach Fig. 1) jedoch einen Spalt zum Flanschring (7) beläßt und zwar zur Seite der Beschickungskammer (B) infolge des größeren Innendurchmessers des Flanschringes (7) toif Seiten der Beschickungskammer (B).
3. Schleuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (5,6) der kreisförmigen Scheibe (1) als Rohre ausgebildet sind, und somit als Drehdurchführungen für Medien genutzt werden können.
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