DE3507337A1

DE3507337A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung von prozessen im vakuum

Info

Publication number: DE3507337A1
Application number: DE19853507337
Authority: DE
Inventors: Yasutomo Kawasaki Kanagawa Fujiyama; Osamu Machida Tokio/Tokyo Kamiya; Takashi Ueno Mie Kurokawa; Kyosuke Tokio/Tokyo Ogawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1985-03-01
Publication date: 1985-09-05
Also published as: FR2560528B1; JPS60184678A; GB2156859B; FR2560528A1; US4637342A; JPS6312138B2; DE3507337C2; GB2156859A; GB8505143D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung von Prozessen im Vakuum, die für verschiedene Arbeitsprozesse, bei denen ein Vakuum zur Anwendung kommt, geeignet, ist, und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Durchführung von in einem Vakuum ablaufenden Prozessen zur Ausbildung einer dünnen Schicht oder eines Dünnfilms auf einem zu behandelnden Substrat unter Anwendung des chemischen PlasmaaufdampfVerfahrens.

In den letzten Jahren wurde als Verfahren zur Dünnfilmausbildung dem reaktiven Aufsprühverfahren und dem chemischen Plasmaaufdampfverfahren, das im folgenden als Plasma-CVD-Verfahren abgekürzt wird, erhöhte Beachtung geschenkt. Bei dem Plasma-CVD-Verfahren wird der Druck

in einer Reaktionskammer auf einen gewünschten Unterdruckwert abgesenkt und ein Gas der Reaktionskammer als ein Ausgangsstoff zugeführt, worauf das Gas durch Glimmoder Bogenentladung zerlegt oder zersetzt und ein dünner Film auf einem in der Reaktionskammer angeordneten Substrat gebildet wird. Bei amorphem Silizium, das im folgenden als "a-Si" abgekürzt wird und das mit Silan (SiH. oder Si₃H₆) als Ausgangsstoff nach diesem Verfahren gebildet wurde, ist das lokalisierte, in der inhibierten Zone des a-Si vorhandene Niveau relativ klein in der Menge, was zum Ergebnis hat, daß es möglich wird, die Elektronen durch das Dopen von substitutionsartigen Fremdstoffen zu steuern. Insofern kann der Film auch als ein elektrophotographisches lichtempfindliches Medium verwendet werden.

Zur Erläuterung des Standes der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird auf die beigefügten Fig. 1 und 2 Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt einer Plasma-CVD-Apparatur der periodisch arbeitenden Bauart

nach dem Stand der Technik; Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vakuumprozeßapparatür der Schleusenbauart nach dem Stand der Technik.

Die in Fig. 1 gezeigte Apparatur dient dazu, eine Si-Schicht auf einem zylindrischen, in einer einzelnen Vakuumkammer 10, die durch einen Deckel 1 hermetisch verschlossen werden kann, angeordneten Substrat 3 auszubilden. In der Mitte des Bodens der Vakuumkammer 10 ist ein von einem Motor 5 getriebener Drehmechanismus S angeordnet, an dem das von einem inneren Heizkörper 4 erhitzte zylindrische Substrat 3 befestigt ist. Das Erhitzen des

Substrats durch den inneren Heizkörper 4 ist notwendig, um dieses auf einer hohen Temperatur (z.B. 250⁰C) zu halten, so daß eine stabile, beständige Si-Schicht auf dem Substrat 3 gebildet wird.

Eine zylindrische Kathode (Elektrode) 2, die an eine Hochfrequenz-Energiequelle 7 angeschlossen ist, ist rund um das Substrat 3 angeordnet, und eine zylindrische, das Plasmagas umschließende Abschirmung 6 umgibt die Elektrode 2. Ein Gaszufuhrsystem 8 zur Zufuhr des als Ausgangsstoff dienenden Gases (Silangas) in den von der Abschirmung 6 gebildeten Reaktionsraum ist einlaßseitig an den Boden der Abschirmung 6 angeschlossen, während ein Evakuiersystem 9, um im Reaktionsraum ein Vakuum zu erzeugen, am Boden der Vakuumkammer 10 angeschlossen ist.

Wenn bei dieser Apparatur das Substrat 3 erhitzt und das den Ausgangsstoff bildende Gas von unten her nach oben in die Abschirmung 6 des Reaktionsraumes eingeführt wird, so wird von der Energiequelle 7 an die Kathode (Elektrode) 2 eine hochfrequente elektrische Energie gelegt und zwischen der Elektrode 2 sowie dem Substrat 3, das die Anode (Elektrode) darstellt, eine Plasmaentladung erzeugt, wobei das Siiangas zersetzt und demzufolge ein a-Si-Film an der Oberfläche des Substrats gebildet wird.

Das nach der Reaktion übrigbleibende Gas wird über den an der Oberseite der Abschirmung 6 ausgestalteten Durchlaß 6a abgezogen, es strömt zwischen der Außenwand der Abschirmung 6 sowie der Innenwand der Vakuumkammer 10 abwärts und wird durch das Evakuiersystem 9 aus der Apparatur gesaugt.

Bei der oben beschriebenen Plasma-CVD-Apparatur kann jedoch nur ein einzelnes Substrat durch einen einzelnen Reaktionsofen (-raum) mit einem Film versehen werden, und das führt zu einer mäßigen Arbeitsleistung, d.h. zu dem Nachteil, daß diese Apparatur für eine Massenproduktion ungeeignet ist.

Ferner wird der Reaktionsraum bei dieser Apparatur jedesmal der Atmosphäre ausgesetzt, wenn das mit einem Film versehene Produkt entnommen wrid, und insofern werden die Feuchtigkeit oder Gase, die in der Atmosphäre enthalten sind, adsorbiert, was den Nachteil zur Folge hat, daß die Qualität des Films herabgesetzt oder unstabil bzw. unstetig wird.

Um die oben genannten Nachteile zu beseitigen, wurde eine Vakuumapparatur mit Beschickungsschleusen vorgeschlagen, die, wie Fig. 2 zeigt, eine Substrataufnahmekammer 21, eine Arbeitsprozeßkammer 22 und eine Substrataustragkammer 23 umfaßt. In der Substrataufnahmekammer 21 finden vorbereitende Arbeitsvorgänge statt, z.B. die Behandlung des Substrats 26 zwischen der Atmosphäre und dem Vakuum sowie ein Erhitzen des Substrats, worauf dieses in die Arbeitsprozeßkammer 22 durch eine zwischen den Kammern und 22 vorhandene Schleuse 24 eingebracht wird, während beide Kammern 21, 22 im evakuierten Zustand gehalten werden. Dann wird das mit einem Film in der Arbeitsprozeßkammer versehene Substrat durch eine gleichartige, zwischen der Kammer 22 und der Austragkammer 23 vorgesehene Schleuse 24 abtransportiert und in der Austragkammer 23 weiteren Arbeitsvorgängen, z.B. einem Kühlen, unterworfen, worauf dann der Atmosphäre die Möglichkeit zum Eintritt in die Austragkammer 23 gegeben und das mit einem Film ausgestattete Substrat daraus entnommen wird. Die Kammern 21, 22 und 23 werden jeweils durch Evakuiernysteme 25 auf Unterdruck 'jol't rj'"'h I .

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Eine Apparatur dieser Art ist im Vergleich zur erstgenannten Bauart (Fig. 1) leistungsfähiger, jedoch ist sie nicht dazu tauglich, ein amorphes, elektrophotographisches, lichtempfindliches Medium od. dgl. aus Silizium zu fertigen.

Die oben beschriebene Apparatur zur Durchführung von Prozessen im Vakuum der Schleusenbauart weist nämlich die folgenden Nachteile bzw. Probleme auf. Einmal wird jede Vakuumkammer voluminös, weil sie eine Anzahl von großen Substraten, wie lichtempfindliche Medien, aufnehmen muß, weshalb die Kosten der Apparatur hoch sind. Zum anderen wird das Erhitzen des zylindrischen Substrats von dessen Innenseite her bewirkt, weshalb die Transportvorrichtung für den Zylinder kompliziert wird.

Die Erfindung wurde mit Blick auf die oben geschilderte Situation konzipiert, und es ist ihre Aufgabe, eine Apparatur zur Durchführung von Prozessen im Vakuum zu schaffen, mit der nicht nur die den Apparaturen nach dem Stand der Technik eigenen Probleme und Nachteile, sondern auch die Instabilität im Film, die aus einer Adsorption von Feuchtigkeit, Gasen usw. resultiert, beseitigt werden, weil jeder Prozeßschritt in einer Vakuumkammer ausgeführt wird, die ständig in ihrem evakuierten Zustand gehalten wird. Ein Ziel der Erfindung liegt hierbei in der Schaffung einer Vorrichtung oder Apparatur zur Ausführung eines Arbeitsprozesses im Vakuum an einem Substrat, an dem mehrere Bearbeitungsschritte ausgeführt werden sollen, die sich dadurch auszeichnet, daß die Vorrichtung Vakuumbehälter, die ausschließlich für eine Bearbeitung bestimmt, und an den Stellen eines jeden der Bearbeitungsschritte angeordnet sind, sowie einen Vakuumbehälter, der ausschließlich für einen Transport zwischen den ausschließlich für eine Bearbeitung bestimmten Behältern vorgesehen

und beweglich ist, umfaßt, wobei die Vakuumbehälter mit öffnungs-ZSchließ-Schleusen, die miteinander koppel- oder verbindbar sind, ausgestaltet sind und das zu behandelnde Substrat zwischen den ausschließlich für die Bearbeitung bestimmten Vakuumbehältern und dem ausschließlich für den Transport vorgesehenen Vakuumbehälter für eine überführung bewegbar ist.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Fig. 3 und 4 er läutert,die Ausführungsformen für Vorrichtungen für eine Behandlung im Vakuum gemäß der Erfindung zeigen, und zwar ein System mit linearer Bewegung und ein System der Drehturm- oder Revolverkopfbauart.

Die Vorrichtung von Fig. 3 weist eine Gruppe von Substratauf nahmebehä lter η 31, die ausschließlich dazu angeordnet und bestimmt sind, ein Evakuieren sowie eine vorbereitende Behandlung auszuführen, eine Gruppe von Reaktionsbehältern 32, die ausschließlich dazu angeordnet und bestimmt sind, eine Behandlung oder Bearbeitung, wie ein Plasma-CVD-Verfahren, auszuführen, und eine Gruppe von Austragbehältern 33, die ausschließlich für eine Nachbehandlung, z.B. ein Kühlen, eines mit einem Film versehenen Substrats sowie zu dessen Austragen nach außen angeordnet und bestimmt sind, auf. Diese Behälter sind in einer Linie in der Rei- j

henfolge der Bearbeitungsschritte angeordnet, und jeder |

der Behälter ist mit einer öffnungs-/Schließ-Schleuse 37b I

versehen, und sie stellen Vakuumkammern dar, deren Innenraum durch jeweilige Evakuiersysteme 36b, 36c und 36d luftleer gemacht werden kann.

Ein Vakuumbehälter 34, dessen Inneres durch ein Evakuiersystem 36a luftleer gemacht werden kann, ist ausschließlich für den Transport eines Substrats vorgesehen und ist. an einer Verf ahreinricht.ung 35 zwi schon don ausschließlich

für die Behandlung bestimmten Behältern 31, 32 sowie 33 bewegbar, wobei sein evakuierter Zustand aufrechterhalten wird. Der Behälter 34 ist mit einer öffnungs-/Schließ-Schleuse 37a ausgestattet, die über ein Absperrorgan 3Oe mit dem Evakuiersystem 36a und über ein Absperrorgan 39a mit der Atmosphäre zu verbinden ist sowie mit den Schleusen 37b der für die Behandlung bestimmten Behälter 31, 32, 33 gekoppelt werden kann.

Es wird im folgenden ein Beispiel für die Ausbildung eines amorphen Films an dem zu behandelnden Substrat unter Verwendung der ausschließlich für die Behandlung vorgesehenen Behälter 31, 32, 33 sowie des ausschließlich zum Transport des Substrats bestimmten Vakuumbehälters 34 gegeben.

Zuerst wird das zu behandelnde Substrat in einen der Atmosphäre ausgesetzten Behälter 31 eingebracht, dessen Inneres anschließend durch das Evakuiersystem 36b und über ein Absperrorgan 30a luftleer gemacht wird. Gleichzeitig wird das Substrat durch einen Heizkörper 35a im Behälter 31 erhitzt. Dann wird der ausschließlich für den Transport des Substrats bestimmte Behälter 34 zu dem das vorbereitete Substrat enthaltenden Behälter 31 verfahren, worauf die Schleuse 37a des Behälters 34 und die Schleuse 37b des Behälters 31 miteinander verbunden und durch das Evakuiersystem 36a über ein Absperrorgan 3Oe luftleer gemacht werden. Anschließend werden die Schleusen 37a und 37b geöffnet, das Substrat, wird durch ein im über das Absperrorgan 3Od vom Evakuiersystem 36a luftleer gemachten Behälter 34 vorgesehenes Hebezeug 38 in diesen überführt, die Schleusen 37a sowie 37b werden geschlossen und dann werden die Behälter 31 sowie 34 voneinander gelöst.

Der nunmehr das Substrat enthaltende Behälter 34 wird über einen Reaktionsbehälter 32 gefahren. In dieser Zeit kann

über ein Absperrorgan 39b die Außenluft (Atmosphäre) wieder in den Behälter 31 eintreten, der damit für die Aufnahme des nächsten Substrats bereit ist.

Aus dem über einen Reaktionsbehälter 32 verfahrenen Behälter34 wird das Substrat in den Reaktionsbehälter in einem Vorgang, der zu dem der Entnahme aus dem Behälter 31 ähnlich ist, eingebracht, in dem es, während es vom Heizkörper 35b im Reaktionsbehälter 32 erhitzt wird, dem Filmbildungsprozeß unterworfen wird.

Nach Abschluß des Filmbildungsvorgangs laufen eine Schleusenbetätigung und ein Transport in der vorher beschriebenen Weise ab, so daß das Substrat aus dem Behälter 32 genommen und in einen Behälter 33 überführt wird, worauf das Substrat mit Hilfe einer Kühleinrichtung 36 abgekühlt wird und die Umgebungsluft über ein Absperrorgan 39c in den Behälter 33 eintritt, aus dem dann das mit einem Film ausgestattete Substrat entnommen wird.

Was die Anzahl der Substrataufnahmebehälter 31, der Reaktionsbehälter 32 und der Austragbehälter 33 angeht, so wird hierfür eine solche Kombination in der Anzahl in Abhängigkeit von den jeweiligen Behandlungszeiten gewählt, daß kein Leerlauf entsteht und Zeit nicht nutzlos verstreicht. Eine Hochfrequenz-Energiequelle 52, eine Hvakuierpumpe 36c, ein Reaktionsgaszufuhrsystem 51, Absperrorgane 30b und 47, Vakuummeßgeräte und Schalter 48, die bei der Gruppe von Reaktionsbehältern 32 zur Anwendung kommen, können, wie es für ihre Verwendungszwecke am besten geeignet und passend ist, einzeln oder gemeinsam vorgesehen sein.

Die Substrataufnahmebehätler 31 können in einem sauberen Raum angeordnet sein, wobei die vorbereitende Behandlung durch die erfindungsgemäße Apparatur in ihrem sauberen Zustand unmittelbar nach dem Waschen (Reinigen) des Substrats begonnen werden kann. Der Heizvorgang in den Substrataufnahmebehältern 31 und der Kühlvorgang in den Austragbehältern 33 muß nicht immer im Vakuum ausgeführt werden, sondern diese Vorgänge können auch in Luft oder in inertem Gas ablaufen, wobei im letztgenannten Fall die Heiz- und Kühlzeiten verkürzt werden können.

Für den Transport ist die lineare Bewegung nicht in allen Fällen zwingend, vielmehr können die Behälter, wie Fig. 4 zeigt, in einem Kreis angeordnet sein, wobei ausschließlich für den Transport bestimmte Behälter wie bei einem Revolverkopf bewegt werden können. Bei dieser Ausführungsform sind Vakuum-Transportbehälter 41 mit einem Hebezeug 45 an einem Drehförderer 44 angebracht. Substrataufnahmebehälter 42 und -austragbehälter 43 sowie Reaktionsbehälter 46 sind in der jeweils erforderlichen Anzahl auf einem Kreis angeordnet, über den der Drehförderer mit den Transportbehältern 41 (oder dem Transportbehälter) bewegt wird.

Bei diesem System werden im Vergleich zum linearen System eine Verminderung in der Baufläche und eine Vereinfachung der Transportvorrichtung erreicht. Soweit der Transport betroffen ist, können mehrere Behälter, die ausschließlich dem Transport dienen, so angeordnet werden, daß mehrere Substrate gleichzeitig bewegt werden, und damit kann die Massenproduktion wirksam erhöht werden.

Bei der Beschreibung dei Ausführungstormen ist auf die Durchführung des Plasma-CVD-Verfahrens Bezug genommen worden, worauf der Erfindungsgegenstand aber keinesfalls

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beschränkt ist, der vielmehr auf andere Arbeitsprozesse, die mit einem Vakuum arbeiten, mit bester Wirkung Anwendung finden kann. Solche Arbeitsprozesse betreffen beispielsweise eine gewöhnliche Verdampfungsvorrichtung, eine Sprüh- oder Zerstäubungsvorrichtung, eine Ätzvorrichtung oder Kombinationen solcher Vorrichtungen.

Die Vorrichtung zur Durchführung von Prozessen im Vakuum gemäß der Erfindung ist bezüglich ihrer Fähigkeit zur Ausführung von Arbeitsprozessen hervorragend, die Kosten der Vorrichtung werden auf einem Minimum gehalten und sie kann die Arbeitsvorgänge im Vakuum ohne Unterbrechung ausführen. Darüber hinaus werden die Behälter, in denen der Film gebildet wird, immer in einem evakuierten Zustand gehalten, so daß die Instabilität des Films, die auf die Adsorption von Feuchtigkeit, Gasen od. dgl. zurückzuführen ist, restlos beseitigt wird und somit Substrate mit einem darauf ausgebildeten Film von höchster Qualität gefertigt werden können.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Durchführung von Prozessen im Vakuum an einem Substrat, das in einer Mehrzahl von Behandlungsstufen zu bearbeiten ist, dadurch gekennzeichnet-, daß die Vorrichtung Vakuumbehälter (31, 32, 33, 42, 43, 46), die ausschließlich für eine Bearbeitung bestimmt und in jeder der Behandlungsstufen angeordnet sind, sowie wenigstens einen Vakuumbehälter (34, 41, 45), der ausschließlich für einen Transport zwischen den ausschließlich für eine Bearbeitung vorgesehenen Behältern bestimmt und beweglich i.st, umfaßt, daß die Vakuumbehälter mit miteinander koppelbaren öffnungs-/ Schiieß-Schleusen (37a, 37b) ausgestattet sind und daß das zu bearbeitende Substrat zu einer überführung

zwischen den ausschließlich für die Bearbeitung bestimmten Vakuumbehältern und dem ausschließlich für einen Transport bestimmten Vakuumbehälter bewegbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von ausschließlich für die Bearbeitung bestimmten Vakuumbehältern (32, 46).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von ausschließlich für die Bearbeitung bestimmten Vakuumbehältern (46) und durch eine Mehrzahl von ausschließlich für den Transport bestimmten Vakuumbehältern (41).
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ausschließlcih für die Bearbeitung vorgesehenen Vakuumbehalter für einen Prozeß zur Ausbildung eines Films bestimmt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Behälter (31, 42) zur Aufnahme des unbehandelten Substrats.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen ausschließlich für eine Nachbehandlung bestimmten Behälter (33, 43), in den das aus einem ausschließlich für die Bearbeitung bestimmten Vakuumbehälter (32, 46) entnommene behandelte Substrat durch den ausschließlich für einen Transport bestimmten Behälter (34, 41) einführbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ausschließlich für die Nachbehandlung bestimmte Behälter (33, 43) mit einer Kühleinrichtung (36) ausgestattet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ausschließlich für den Transport bestimmte Vakuumbehälter (34) linear bewegbar ist,
9. Vorrichtung anch einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ausschließlich für den Transport bestimmte Vakuumbehälter (41) in einem Umlauf bewegbar ist.