DE4428136A1

DE4428136A1 - Vakuum-Beschichtungsanlage

Info

Publication number: DE4428136A1
Application number: DE4428136A
Authority: DE
Inventors: Roland Dr Gesche; Karl Keim; Helmut Rauner; Guenter Wurpts
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1994-08-09
Publication date: 1996-02-15
Also published as: US5538610A; JP3781384B2; JPH0860338A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Beschichtungsanlage, bei der in einem Gehäuse mehrere Prozeßstationen vorgese hen sind, von denen zumindest eine mit einer Sputterka thode versehen ist und die Transportwagen mit zumindest einem in oder parallel zu der Bewegungsebene ausgerichte ten Substrathalter hat, in den zumindest ein Substrat einzusetzen ist und der im Bereich des Substrates eine den zu beschichtenden Bereich freilassende Durchbrechung aufweist.

Vakuum-Beschichtungsanlagen der vorstehenden Art sind als In-Line-Sputteranlagen bekannt und werden insbesondere zur Beschichtung von Gläsern für die Displaytechnik mit Indium-Zinn-Oxid (ITO), SiO₂ oder Ta₂O₅ eingesetzt.

Zum Reinigen der Substrate ist in anders gestalteten Va kuum-Beschichtungsanlagen das Sputterätzen bekannt. Dabei wird statt der Kathode mit dem Target das elektrisch nicht leitende Substrat der Hochfrequenz ausgesetzt, so daß sich dort ein Plasma bildet und Oxidschichten oder Verunreinigungen vom Substrat abgetragen werden. Die Beaufschlagung des Substrates mit Hochfrequenz erfolgt bei elektrisch leitenden Substraten dadurch, daß man die Hochfrequenz an einen als offenen Rahmen ausgebildeten Substrathalter anlegt. Wenn die Substrate jedoch elek trisch nicht leitend sind, dann müssen die Substrathalter hinter den Substraten eine geschlossene Fläche aufweisen, da anderenfalls auf nichtleitende Substrate keine Ätzwir kung zu erzielen wäre.

Eine solche geschlossene Fläche ist jedoch nicht zu ver wirklichen, wenn hinter den Substraten eine Substrathei zung vorgesehen werden muß, was beispielsweise beim Be schichten von Gläsern durch Sputtern mit Indium-Zinn-Oxid vorteilhaft ist. Es entsteht somit das Dilemma, daß zum Sputterätzen der Bereich hinter den Substraten ge schlossen, für das Beheizen beim Sputtern jedoch frei bleiben muß.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vakuum-Be schichtungsanlage der eingangs genannten Art so auszubil den, daß Substraten zum Durchführen eines Sputterätzens Hochfrequenz zugeführt werden kann, ohne daß hierdurch die Möglichkeit einer Substratbeheizung von der der Sput terkathode gegenüberliegenden Seite ausgeschlossen wird.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Bildung einer Sputterätzstation an einer einem Ano denblech gegenüberliegenden Seite eine plattenförmige Hochfrequenz-Einkoppelelektrode ortsfest und gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert angeordnet ist, die zum mittels des Transportwagens vor ihr gefahrenen Substrat einen solchen geringen Abstand hat, daß zwischen der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode und dem Substrathalter kein Plasma entsteht.

Bei einer solchen Vakuum-Beschichtungsanlage kann der Substrathalter eine ihn vollständig durchdringende Durch brechung aufweisen, da die Hochfrequenzenergie beim Sput terätzen kapazitiv in das Substrat eingekoppelt wird. Hierbei ist wichtig, daß der Abstand zwischen der Hoch frequenz-Einkoppelelektrode und dem Substrathalter klei ner als der Dunkelraumabstand ist, damit kein Plasma ent steht, wodurch sich der Ätzvorgang umkehren würde, so daß Material von der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode abgetra gen und auf die Substrate niedergeschlagen würde.

Der geringe Abstand zwischen dem Substrathalter und der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode hat abgesehen davon, daß er eine Substratbeheizung von der Rückseite der Substrate in einer Sputterbeschichtungsstation ermöglicht, den Vor teil, daß die Substrathalter oder die Substrate die Hoch frequenz-Einkoppelelektrode nicht berühren müssen. Da durch werden Mittel zum Verfahren der Substrathalter quer zur Bewegungsrichtung der Transportwagen vermieden, so daß die Vakuum-Beschichtungsanlage einfach aufgebaut sein kann und keine erhöhte Gefahr einer Partikelbildung durch Abrieb gegeben ist. Hierbei ist zu bedenken, daß solche Mittel zum Verfahren der Substrate in Querrichtung wegen des Hochvakuums in der Anlage trocken arbeiten und Tempe raturen von bis zu 400°C standhalten müßten, was großen Aufwand erfordern würde und wodurch sich eine Partikel bildung niemals völlig ausschließen ließe. Hinzu kommt, daß bei stehender Ausrichtung der Substrathalter alle An triebseinrichtungen unterhalb der Substrate angeordnet werden können, was die Gefahr einer Kontamination der Substrate durch Partikel zusätzlich vermindert.

Zur Erhöhung der Leistung der erfindungsgemäßen Vakuum- Beschichtungsanlage kann man - gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vergleichbar wie bei In-Line- Anlagen ohne die Möglichkeit des Sputterätzens - vorse hen, daß der Transportwagen zwei parallel zueinander in Bewegungsrichtung des Transportwagens angeordnete Sub strathalter hat, deren gegenseitiger Abstand so bemessen ist, daß die Substratträger vor beide Seiten der Hochfre quenz-Einkoppelelektrode mit dem eine Plasmabildung aus schließenden Abstand bewegbar sind.

Ein besonders geringer apparativer Aufwand ergibt sich, wenn gemäß einer anderen, vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Transportwagen zum Anhalten in eine solche Position ausgebildet sind, in der die Substrate in den beiden jeweiligen Substrathaltern der Hochfrequenz-Ein koppelelektrode gegenüberliegen. Mit einer solchen Va kuum-Beschichtungsanlage läßt sich ein statisches Sput terätzen durchführen.

Die Erfindung kann jedoch auch für ein dynamisches Sput tern angewandt werden, wenn gemäß einer anderen Weiter bildung die Transportwagen zum gleichmäßigen Vorbeifahren an der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode ausgebildet sind und jeder Substrathalter eine Abdeckung aufweist, welche über den Spalt zwischen ihm und benachbarten Sub strathaltern greift.

Die Anordnung der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode in der Anlage ist besonders einfach, wenn sie innerhalb eines diese an ihren Kanten umgreifenden Rahmens angeordnet ist, wobei zwischen der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode und der ihr zugewandten Innenseite des Rahmens zur Halte rung der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode Isolatoren ange ordnet sind.

Ein zu geringer Abstand zwischen der Hochfrequenz-Einkop pelelektrode und den Substrathaltern läßt sich auf einfa che Weise dadurch verhindern, daß im Rahmen um parallel zur Ebene der Substrathalter ausgerichtete Achsen dreh bare Abweisrollen angeordnet sind, gegen welche die Sub strathalter beim Passieren der Hochfrequenz-Einkoppel elektrode anliegen.

Einen zu großen Abstand zwischen der Hochfrequenz-Einkop pelelektrode und den Substrathaltern könnte man beim sta tischen Sputterätzen dadurch verhindern, daß man in der Sputterätzstation die Substrathalter gegen die Abweisrol len spannt. Besonders einfach ist jedoch ein zu großer Abstand auszuschließen, wenn gemäß einer besonders vor teilhaften Weiterbildung der Erfindung die Substrathalter einen geringfügig kleineren gegenseitigen Abstand haben als der maximale Abstand in Querrichtung zwischen den äu ßersten Bereichen der Abweisrollen.

Konstruktiv besonders einfach ist es, wenn die Hochfre quenz-Einkoppelelektrode im Gehäuse hängend angeordnet ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips wird nachfol gend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt stark schematisch in

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vakuum-Beschichtungsanlage,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vakuum-Beschich tungsanlage,

Fig. 3 einen Blick von der Seite in das Innere der Vakuum-Beschichtungsanlage im Bereich der Sputterätzstation,

Fig. 4 einen Bereich zwischen zwei Substrathaltern.

Die in Fig. 1 schematisch als Ganzes dargestellte Va kuum-Beschichtungsanlage hat in einem Gehäuse 1 hinter einander mehrere Prozeßstationen 2, 3, 4. Bei der Prozeß station 2 handelt es sich um eine Sputterätzstation, wäh rend die Prozeßstationen 3 und 4 jeweils eine Sputterpro zeßkammer darstellen, in der zu beiden Seiten von Trans portwagen 7 Sputterkathoden 19, 20 angeordnet sind. Die Transportwagen 7 dienen zum Transport und Halten der in Fig. 2 gezeigten, zu beschichtenden Substrate 5, 6. Diese werden in einer Beladestation 8 mit den Substra ten 5, 6 beladen und fahren dann nacheinander in ein Ein schleusmodul 9 und danach zu den einzelnen Prozeßstatio nen 2, 3 und 4. Zwischen den Prozeßstationen 3 und 4 ist eine Pufferstation 10 vorgesehen, während sich hinter der Prozeßstation 4 zwei Ausschleusmodule 11, 12 und eine Entladestation 13 befinden. Die einzelnen Stationen und Module sind durch Schleusen voneinander getrennt, bei spielsweise die Schleusen 14, 15 der Prozeßstation 3.

Die für die Evakuierung erforderlichen Pumpen sind in Fig. 1 ebenfalls dargestellt. Während das Einschleusmodul 9 und das Ausschleusmodul 12 nur beispielsweise mit einer Rootspumpe 16 und einer Trivacpumpe 17 versehen sind, weisen die Prozeßstationen 2, 3, 4 sowie die Puffersta tion 10 und das erste Ausschleusmodul 11 zusätzlich eine Hochvakuumpumpe 18 auf, beispielsweise eine Turbomoleku larpumpe.

Die Fig. 2 zeigt gegenüber Fig. 1 stark vergrößert in dem Gehäuse 1 den Transportwagen 7, welcher durch ange triebene Rollen 21, 22 verfahrbar ist. Dieser Transport wagen 7 hat an jeder seiner Längsseiten jeweils einen als Rahmen ausgebildeten Substrathalter 23, 24, in welche von der Innenseite her Substrate 5, 6 eingesetzt sind. Der Transportwagen 7 mit den Substrathaltern 23, 24 und auch das Gehäuse 1 sind geerdet. Zum Be- und Entladen der Sub strathalter 23, 24 klappt man diese um ihre Unterkante nach außen, so daß die Substrate 5, 6 von oben her einge legt oder entnommen werden können.

Zwischen den Substrathaltern 23, 24 ist so viel Platz, daß diese mit einem geringen Abstand a zu beiden Seiten vor eine plattenförmige Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 zu fahren sind. Die Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 ist an ihren Schmalseiten von einem als Dun kelraumabschirmung dienenden Rahmen 26 umschlossen, aus dem um vertikale Achsen drehbare Abweisrollen 27, 28, 29, 30 ragen, gegen welche die Substrathalter 23, 24 anlie gen, so daß der Abstand a nicht unterschritten werden kann. Dieser Abstand a ist kleiner als der Dunkelraumab stand. Deshalb kann zwischen dem Substrat 6 und der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 und auf der anderen Seite zwischen der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 und dem Substrat 5 kein Plasma entstehen. Jeweils auf der der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 abgewandten Seite je des Substrathalters 23, 24 befindet sich ein Anodenblech 37, 38, welches ebenso wie das Gehäuse 1 geerdet ist.

Die Fig. 3 läßt erkennen, daß der Rahmen 26 mit Trägern 31, 32 an der Decke des Gehäuses 1 befestigt ist. Dieser Rahmen 26 hat an seiner Innenkante mehrere Isolatoren 33, welche die Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 elektrisch isoliert halten. Die Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 ist auf übliche Weise mit einer Durchführung 34 versehen, so daß ihr von außen Hochfrequenzenergie zugeführt werden kann. Zu erkennen sind im Rahmen 26 auch die Abweisrollen 27, 28 und zwei weitere Abweisrollen 35, 36.

Rechts neben dem Rahmen 26 sieht man zwei Transportwagen 7, 7a und auf ihnen jeweils einen Substrathalter 24, 24a mit zwei Substraten 6, 6′ und 6a, 6a′.

Normalerweise wird man beim Sputterätzen den jeweiligen Wagen 7 unterhalb der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 für den Sputterätzvorgang anhalten lassen. Prinzipiell ist jedoch auch ein dynamisches Sputterätzen möglich. Dann darf zwischen den Substrathaltern 24, 24a verschie dener Transportwagen 7, 7a kein offener Spalt vor die Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 gelangen, weil sonst statt Verunreinigungen der Substrate 5, 6 Material von der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode 25 abgetragen würde. Solche Spalten können, was die Fig. 4 zeigt, durch eine Abdeckung 39 vermieden werden, welche jeweils an einem Substrathalter 24 befestigt ist und hinter die der nächstfolgende Substrathalter 24a greift.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Prozeßstation
3 Prozeßstation
4 Prozeßstation
5 Substrat
6 Substrat
7 Transportwagen
8 Beladestation
9 Einschleusmodul
10 Pufferstation
11 Ausschleusmodul
12 Ausschleusmodul
13 Entladestation
14 Schleuse
15 Schleuse
16 Rootspumpe
17 Trivacpumpe
18 Hochvakuumpumpe
19 Sputterkathode
20 Sputterkathode
21 Rolle
22 Rolle
23 Substrathalter
24 Substrathalter
25 HF-Einkoppelelektrode
26 Rahmen
27 Abweisrolle
28 Abweisrolle
29 Abweisrolle
30 Abweisrolle
31 Träger
32 Träger
33 Isolator
34 Durchführung
35 Abweisrolle
36 Abweisrolle
37 Anodenblech
38 Anodenblech
39 Abdeckung.

Claims

1. Vakuum-Beschichtungsanlage, bei der in einem Gehäuse mehrere Prozeßstationen vorgesehen sind, von denen zumin dest eine mit einer Sputterkathode versehen ist und die Transportwagen mit zumindest einem in oder parallel zu der Bewegungsebene ausgerichteten Substrathalter hat, in den zumindest ein Substrat einzusetzen ist und der im Be reich des Substrates eine den zu beschichtenden Bereich freilassende Durchbrechung aufweist, dadurch gekennzeich net, daß zur Bildung einer Sputterätzstation (Prozeßstation 2) an einer einem Anodenblech (37, 38) ge genüberliegenden Seite eine plattenförmige Hochfrequenz- Einkoppelelektrode (25) ortsfest und gegenüber dem Ge häuse (1) elektrisch isoliert angeordnet ist, die zum mittels des Transportwagens (7) vor ihr gefahrenen Sub strat (5, 6) einen solchen geringen Abstand (a) hat, daß zwischen der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode (25) und dem Substrathalter (23, 24) kein Plasma entsteht.

2. Vakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportwagen (7) zwei parallel zueinander in Bewegungsrichtung des Transportwagens (7) angeordnete Substratträger (23, 24) hat, deren gegensei tiger Abstand so bemessen ist, daß die Substratträger (23, 24) vor beide Seiten der Hochfrequenz-Einkoppelelek trode (25) mit dem eine Plasmabildung ausschließenden Ab stand (a) bewegbar sind.

3. Vakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportwagen (7) zum Anhalten in eine solche Position ausgebildet sind, in der die Sub strate (5, 6) in den beiden jeweiligen Substrathaltern (23, 24) der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode (25) gegen überliegen.

4. Vakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportwagen (7) zum gleichmäßigen Vorbeifahren an der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode (25) ausgebildet sind und jeder Substrathalter (23, 24) eine Abdeckung (39) auf weist, welche über den Spalt zwischen benachbarten Sub strathaltern (24a) greift.

5. Vakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Einkoppelelektrode (25) innerhalb eines diese an ihren Kanten umgreifenden Rahmens (26) angeord net ist, wobei zwischen der Hochfrequenz-Einkoppelelek trode (25) und der ihr zugewandten Innenseite des Rahmens (26) zur Halterung der Hochfrequenz-Einkoppelelektrode (25) Isolatoren (33) angeordnet sind.

6. Vakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen (26) um parallel zur Ebene der Substrathalter (23, 24) ausgerichtete Achsen drehbare Abweisrollen (27, 28, 29, 30, 35, 36) angeordnet sind, gegen welche die Sub strathalter (23, 24) beim Passieren der Hochfrequenz-Ein koppelelektrode (25) anliegen.

7. Vakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrathalter (23, 24) einen geringfügig kleineren ge genseitigen Abstand haben als der maximale Abstand in Querrichtung zwischen den äußersten Bereichen der Abweis rollen (27, 28, 29, 30, 35, 36).

8. Vakuum-Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenz-Einkoppelelektrode (25) im Gehäuse (1) hän gend angeordnet ist.