DE69504716T2

DE69504716T2 - System zum Behandeln und zum Handhaben von Substraten für Flachdisplays

Info

Publication number: DE69504716T2
Application number: DE69504716T
Authority: DE
Inventors: George L. Lafayette California 94549 Coad; John L. Rodeo California 94572 Hughes; Eric C. Suunyvale California 94087 Lawson; George Freemont Ca 94536 Matthias
Original assignee: Intevac Inc
Current assignee: Intevac Inc
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1995-01-11
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2015-01-12
Also published as: EP0665193A3; DE69504716D1; KR950035536A; KR100327716B1; EP0665193B1; EP0665193A2

Description

Diese Erfindung betrifft automatisierte Systeme zum Bearbeiten von Anzeigeeinrichtungen in Form ebener Platten bzw. Flachdisplays, Produktionssysteme für das Aufsprühen von Filmen auf Glas, und mehr im einzelnen Verfahren und eine Vorrichtung zum Handhaben und Bearbeiten von Glasplatten in Vakuum mit hohem Durchsatz und minimaler Kontamination.
Die Herstellung von Flachdisplays bringt den Niederschlag verschiedenartiger Filme, die Indiumzinnoxid (ITO) und Metalle umfassen, auf großen Glasplatten mit sich. Die Glasplatten, die in typischer Weise rechteckig sind, können Abmessungen von bis zu 450 mm · 550 mm oder noch größer haben. ITO und Metalle können auf den Glasplatten durch Aufdampfen bzw. Aufsprühen von einem Target aus dem niederzuschlagenden Material her niedergeschlagen werden. In manchen Fällen, wie bei ITO, kann das Targetmaterial mit Gas, etwa Sauerstoff, in der Aufsprühkammer reagieren. Das Aufsprühen umfaßt in typischer Weise das Erhitzen des Substrats und den Niederschlag des gewünschten Filmes auf das erhitzte Substrat. Das Substrat kann in einer gesonderten Kammer vor dem Aufsprühen vorerwärmt werden.
Systeme zur Herstellung von Aufsprühfilmen auf Glasplatten sollten eine automatisierte Handhabung des Substrats ein hohes Maß an Durchsatz, eine minimale Kontamination mit Partikeln, geringe Anforderungen an den Bodenraum und hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Ein vorliegendes System für den Aufsprüh-Niederschlag auf Flachdisplays ist ein sog. "Inline"-System, in dem Substrate längs eines geradlinigen oder U-förmigen Weges durch verschiedenartige Bearbeitungskammern bewegt werden. Ein Nachteil solcher Systeme ist es, daß sie ein hohes Maß an Bodenraum in die Fabrikationseinrichtungen erfordern. Zusätzlich haben solche Systeme eine begrenzte Flexibilität, indem nur der Reihe nach ablaufende Verfahren zugelassen werden können; es kann keine Parallelbearbeitung vorgenommen werden.
Ein anderes vorliegendes System für den Aufsprüh-Niederschlag auf Flachdisplays ist das sog. "Clustertool" ("Werkzeuggruppierung"). Beim Clustertool sind mehrere Bearbeitungskammern rund um eine zentrale Kammer angeordnet. Die Substrate werden von der zentralen Kammer in ausgewählte Verarbeitungskammern überführt. Vorliegende Systeme haben eine Ausbildung benutzt, wo das Substrat eine horizontale Ausrichtung hat und somit erhöhter Kontamination durch Partikel ausgesetzt ist. Vorliegende Systeme hatten auch ein begrenztes Maß an Durchsatz.
Alle bekannten Systeme zur Herstellung von Flachdisplays hatten einen oder mehrere Nachteile, die den Ertragsverlust infolge von Kontamination bzw. Verschmutzung mit Partikeln, niedere Durchsatzzahlen, hohe Standzeiten infolge häufigen Reinigens und häufiger Targetwechsel, die Unfähigkeit, große Platten zu handhaben, schlechte Prozeßüberwachung. hohe Anforderungen an den Bodenraum und hohe Reinraum-Anforderungen umfaßt haben.
Ein Beispiel eines solchen Standes der Technik erscheint in dem Artikel "Beschichtung großflächiger Glasscheiben durch Kathodenzerstäubung" von Hans-Joachim Gläser, der im Band 56 (1983), Nr. 9. Seiten 231-240, der "Glastechnischen Berichte" erscheint.
In ihrer breitesten Fassung ist die Erfindung in Anspruch 1 aufgeführt.
Bevorzugt umfaßt der Drehtisch eine erste und zweite Substratträgerposition, die zur vertikalen Drehachse des Drehtischs gleichmäßig durch einen Abstand D beabstandet sind. Die Fördermittel können Mittel zum Bewegen der Substratträger zwischen der Beladeschleuse und der ersten und zweiten Substratträgerposition auf dem Drehtisch umfassen. Die Fördermittel können ferner Mittel zum Bewegen der Substratträger zwischen der ersten und zweiten Substratträgerposition am Drehtisch und Bearbeitungskammern umfassen. Schließlich können die Fördermittel auch Mittel zum Bewegen des Substratträgers zwischen der ersten und zweiten Substratträgerlage auf dem Drehtisch und der Entladeschleuse aufweisen.
Die Beladeschleuse kann eine Tür umfassen, die Mittel zum Halten eines Substrats aufweist. Nachdem die Tür geschlossen ist und die Beladeschleuse evakuiert wurde, kann die Vorrichtung zum Fördern eines der Substratträger in die Beladeschleuse und zum Überführen des Substrats aus den Haltemitteln auf den Substratträger benutzt werden. Die Entladeschleuse umfaßt eine Tür mit Mitteln zum Halten eines Substrats. Das Substrat und der Substratträger werden vom Drehtisch in die Entladeschleuse gefördert, das Substrat wird vom Substratträger auf die Haltemittel überführt, und der Substratträger wird zurück in die Pufferkammer gefördert, bevor die Entladeschleuse belüftet wird. Als Ergebnis wird der Substratträger niemals der Umgebungsluft ausgesetzt und eine Kontaminierung bzw. Verschmutzung aus Ablagerungen auf dem Substratträger ist hierdurch minimiert.
Die Beladeschleuse und die Entladeschleuse können jeweils ein Gehäuse aufweisen, das eine Schleusenkammer festlegt, eine Träger-Förderanordnung zum Fördern eines Substratträgers zur Schleusenkammer hin und zwischen der Schleusenkammer und der zentralen Pufferkammer, eine Türanordnung mit einer Tür, einem Substrattragearm und einem Überführungsmechanismus zum Überführen eines Substrats auf den Tragearm und zwischen dem Tragearm und dem Substratträger, sowie einen Linearantriebsmechanismus zum linearen Bewegen der Tür der Anordnung zwischen einer offenen Lage zum Überführen eines Substrats zum Tragearm hin oder von diesem weg und einer geschlossenen Lage zum Überführen des Substrats zum Tragearm und zwischen dem Tragearm und dem Substratträger.
In typischer Weise sind die Substrate rechteckige oder quadratische Glassubstrate. Die Substratträger halten das Substrat in einer vertikalen Ausrichtung mit seinen Kanten bei etwa 45º in bezug auf die Horizontale, wenn das Substrat durch das System hindurchgefördert wird und bearbeitet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind sechs Bearbeitungskammern rund um die zentrale Pufferkammer angeordnet und sechs Substratträger werden zum Fördern von Substraten durch das System genutzt. Die Bearbeitungskammern können drei Aufsprühkammern und drei Vorheizkammern umfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Handhaben von Substraten in einem Vakuum-Bearbeitungssystem vorgesehen. Das Vakuum-Bearbeitungssystem umfaßt eine zentrale Pufferkammer, eine Beladeschleuse, eine Entladeschleuse, zwei oder mehr Bearbeitungskammern, die rund um die Pufferkammern angeordnet sind und mit der Pufferkammer gekoppelt sind, sowie zwei oder mehr Substratträger zum Fördern von Substraten innerhalb des Systems. Das Verfahren umfaßt die Schritte, ein Substrat in die Beladeschleuse einzugeben und die Beladeschleuse zu evakuieren, das Substrat auf einen der Substratträger zu überführen, das Substrat und den Substratträger von der Beladeschleuse auf einen Drehtisch in der Pufferkammer zu fördern, den Drehtisch um eine vertikale Drehachse bis in Ausrichtung auf eine ausgewählte Bearbeitungskammer zu drehen, das Substrat und den Substratträger vom Drehtisch in die ausgewählte Bearbeitungskammer zu fördern, das Substrat in der gewählten Bearbeitungskammer zu bearbeiten, das Substrat und den Substratträger ausgewählten Bearbeitungskammern auf den Drehtisch zu fördern, den Drehtisch bis in Ausrichtung auf die Entladeschleuse zu drehen, das Substrat und den Substratträger vom Drehtisch in die Entladeschleuse zu fördern sowie die Entladeschleuse zu belüften und das Substrat aus der Entladeschleuse zu entfernen. Die vorangehenden Schritte werden für zwei oder mehr Substrate in mehrfach genutzter Zeit so wiederholt, daß zwei oder mehr Substrate gemeinsam vom System bearbeitet werden.
Beispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Vakuum-Bearbeitungssystems in Übereinstimmung mit der Erfindung ist:
Fig. 2 eine schematische, quergeschnittene Draufsicht des Systems der Fig. 1 ist. wobei die Handhabung und Bearbeitung des Substrats gezeigt sind;
Fig. 3 eine schematische Ansicht ist, die einen Substratträger und Träger- Förderanordnungen zeigt, die im Vakuum-Bearbeitungssystem benutzt werden;
Fig. 4 ein schematischer Aufriß ist, der die Pufferkammer und den Drehtisch zeigt, die im Vakuum-Bearbeitungssystem benutzt werden;
Fig. 5A ein Querschnitt der Sprühquelle ist, die im Vakuum-Bearbeitungssystem verwendet wird;
Fig. 5B ein vergrößerter Teilschnitt der Sprühquelle ist;
Fig. 6 eine Heizeinrichtung zeigt, die in den Vorheizkammern und in den Aufsprüh- Niederschlagskammern verwendet wird;
Fig. 7 eine Anordnung zeigt, die in der Beladeschleuse sowie der Entladeschleuse verwendet wird, um Substrate zu den Substratträgern hin und von diesen her zu fördern;
Fig. 8 eine schematische Darstellung ist, die die Bewegung der Entladeschleusentür zwischen der offenen und geschlossenen Lage darstellt;
Fig. 9 eine schematische Darstellung ist, die die Schleusentüren in der offenen Lage darstellt;
Fig. 10 eine Draufsicht einer anderen bzw. alternativen Ausführungsform der Beladeschleuse und der Entladeschleuse ist;
Fig. 11 ein Querschnitt der Entladeschleuse ist, der längs Linie 11-11 der Fig. 10 vorgenommen wurde;
Fig. 12 ein schematischer Querschnitt der Entladeschleuse ist, der längs der Linie 12-12 der Fig. 11 vorgenommen wurde:
Fig. 13 ein Querschnitt der Türanordnung ist, der längs der Linie 13-13 der Fig. 11 vorgenommen wurde;
Fig. 14 eine Frontansicht eines Vakuum-Schiebeventils ist, das zur Verwendung mit dem System der Fig. 1 geeignet ist;
Fig. 15 eine Seitenansicht des Vakuum-Schiebeventils der Fig. 14 im Schnitt ist; und
Fig. 16 eine vergrößerte, geschnittene Seitenansicht des Vakuum-Schiebeventils der Fig. 14 ist.
Eine schematische Darstellung der Anordnung eines Vakuum-Bearbeitungssystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Ein schematischer Querschnitt des Systems ist in Fig. 2 gezeigt. Schränke für einen Systemregler, die Stromversorgung und Steuerung, Steuerung für Vakuumpumpen und dergleichen, die einen Teil des Systems bilden, sind in den Fig. 1 und 2 des leichteren Verständnisses halber weggelassen. Das System ist dazu konstruiert, rechteckige oder quadratische Glasplatten für Flachdisplays zu handhaben und zu bearbeiten. Mehr im einzelnen ist das System für den Aufsprüh-Niederschlag von Filmen auf solchen Glasplatten entworfen. Das System ist in erster Linie für den Aufsprüh-Niederschlag von Indiumzinnoxid-(ITO)-Filmen und Metallfilmen ausgelegt, ist aber nicht auf solche Folien beschränkt.
Das Vakuum-Bearbeitungssystem der vorliegenden Erfindung benutzt eine Gruppierungs- (Cluster-)Ausbildung, worin verschiedenartige Bearbeitungsstationen rund um eine zentrale Pufferkammer gruppiert sind. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, sind Bearbeitungsstationen 10, 12, 14, 16, 18 und 20 rund um eine zentrale Pufferkammer 24 angeordnet. Die Bearbeitungskammern umfassen in typischer Weise Heizkammern und Aufsprüh-Niederschlagskammern und können zusätzliche Funktionen umfassen, wie die HF-Ätzung oder HF- Aufladung. Substrate werden in das System durch eine Beladeschleuse 26 eingeladen und werden aus dem System durch eine Entladeschleuse 28 entfernt. Sowohl die Beladeschleuse 26 als auch die Entladeschleuse 28 sind mit der Pufferkammer 24 gekoppelt. Substrate werden von einem Roboter 30 aus einer Beladekassette 32 in die Beladeschleuse 26 eingeladen. Die Substrate werden von Robotern 30 aus der Entladeschleuse 28 auf eine Entladekassette 34 entladen.
Die Substrate werden ständig während der Handhabung und Bearbeitung im System in einer vertikalen Ausrichtung gehalten. Als Ergebnis ist die Verschmutzung mit Partikeln minimiert. Die Substrate werden vom System in mehrfach genutzter Zeit so gehandhabt und verarbeitet, daß mehrere Substrate gleichzeitig bearbeitet werden können. Ein Durchsatz von mehr als 100 Substraten pro Stunde kann mit einer ITO-Filmdicke von 2500 Angström erzielt werden.
Die Beladeschleuse 26 und die Entladeschleuse 28 stehen mit der zentralen Pufferkammer 24 durch Gattertüren 40 bzw. 42 in Verbindung. In gleichartiger Weise stehen die Bearbeitungskammern 10. 12. 14, 16. 18 und 20 mit der zentralen Pufferkammer 24 durch Ventiltüren 50. 52, 54, 56. 58 bzw. 60 in Verbindung. Die Beladeschleuse 26, die Entladeschleuse 28, jede der Bearbeitungskammern und die zentrale Pufferkammer 24 werden von separaten Vakuum-Pumpsystemen evakuiert. Im Beispiel der Fig. 1 werden die Beladeschleuse 26 und die Entladeschleuse 28 von einer Grobpumpe 43 sowie Cryopumpen 44 und 45 auf ein Vakuum leergepumpt. Die Bearbeitungskammer 10 wird durch eine Cryopumpe 46 evakuiert. Jede der Bearbeitungskammern 12, 14, 16, 18 und 20 wird von einer Turbopumpe 47 und einer Vorleitungspumpe (foreline pump) 48 evakuiert. Die Pufferkammer 24 wird von einer Cryopumpe 49 evakuiert. Es wird darauf hingewiesen, daß verschiedene Vakuum-Pumpausbildungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Beispielsweise kann eine Turbopumpe oder eine Cryopumpe zum Abpumpen einer jeden der Bearbeitungskammern auf ein Vakuum benutzt werden, in Abhängigkeit von den Erfordernissen der speziellen Anwendungsform. Jederzeit während des Betriebes ist nur eine der Ven tiltüren offen, so daß die Isolierung zwischen den Bearbeitungskammern der Belade- und Entladeschleuse sichergestellt ist.
Die Substrate werden durch das System an Substratträgern 64 gefördert. Jeder Substratträger 64 trägt ein Substrat 66 in vertikaler Ausrichtung. Die Substratträger 64 werden weiter unten im einzelnen beschrieben. Substratträger 64, die Substrate 66 halten, werden durch Träger-Förderanordnungen zwischen den unterschiedlichen Kammern und einem Drehtisch 70 durch das System gefördert, der innerhalb der Pufferkammer 24 zur Drehung um eine vertikale Achse 72 angebracht ist. Der Drehtisch 70 umfaßt Substratträgerpositionen 74 und 76 zum Zurückhalten von Substratträgern 64 während der Drehung des Drehtischs 70. In Fig. 2 liegt eine leerer Substratträger 64 in der Position 76 vor, und die Position 74 ist leer. Die Substratträgerpositionen 74 und 76 am Drehtisch 70 sind zur vertikalen Achse 72 um gleiche Abstände D beabstandet. Der Abstand D ist gewählt, um die Ausrichtung der Substratträgerpositionen 74 und 76 auf die Substrat-Bearbeitungspositionen in den Bearbeitungskammern 10. 12, 14, 16, 18 und 20, sowie auf die Belade- und Entladepositionen in der Beladeschleuse 26 bzw. der Entladeschleuse 28 sicherzustellen. Diese Ausbildung gestattet es dem Substratträger 64, längs einer geraden Linie zwischen der Substratträgerposition 76 und der Beladeschleuse 26 sowie zwischen der Position 76 und der Bearbeitungskammer 14 gefördert zu werden. In gleicher Weise kann ein Substratträger 64 längs einer geraden Linie zwischen der Position 74 und dem Drehtisch 70 und der Entladeschleuse 28 sowie zwischen der Position 74 und der Bearbeitungskammer 16 gefördert werden. Die Drehung des Drehtisches um 180º veranlaßt die Positionen 74 und 76, ausgewechselt zu werden. Die Drehung des Drehtisches 70 um 90º im Uhrzeigersinn aus der in Fig. 2 gezeigten Ausrichtung veranlaßt die Substratträgerposition 76, auf die Bearbeitungskammern 12 und 18 so ausgerichtet zu werden, daß der Substratträger 64 in der Position 76 zu jeder dieser Bearbeitungskammern hin oder von diesen weg gefördert werden kann. In gleichartiger Weise ist die Position 74 auf den Bearbeitungskammern 10 und 20 ausgerichtet, und ein Substratträger 64 in der Position 74 kann zu jeder dieser Bearbeitungskammern hin oder von diesen weg gefördert werden. Die Drehung des Drehtisches 70 um 90º entgegen dem Uhrzeigersinn aus der Ausrichtung, die in Fig. 2 gezeigt ist, veranlaßt die Positionen 74 und 76, ausgewechselt zu werden.
Die Drehtischanordnung, die in Fig. 2 gezeigt ist, gestattet es einem Substrat und Substratträger, von der Beladeschleuse 26 in eine der Substratträgerpositionen 74, 76 auf dem Drehtisch 70 und von hier in irgendeine ausgewählte Bearbeitungskammer gefördert zu werden. Nach der Bearbeitung in der ausgewählten Bearbeitungskammer können das Substrat und der Substratträger in eine zweite Bearbeitungskammer oder in die Entladeschleuse 28 gefördert werden. Somit hat dieses System eine vollständige Flexibilität und kann, wie unten beschrieben, für einen hohen Durchsatz gleichzeitig mehrere Substrate bearbeiten.
In einer ersten Ausführungsform umfaßt die Beladeschleuse 26 eine Tür 80, die Halter 82 für ein Substrat 66 aufweist. In gleichartiger Weise umfaßt die Entladeschleuse 28 eine Tür 86, die Halter 88 für ein Substrat aufweist. Die Tür 80 der Beladeschleuse 26 ist in Fig. 2 in einer offenen Lage gezeigt und die Tür 86 der Entladeschleuse 28 ist in geschlossener Lage gezeigt. In einem unten beschriebenen Beispiel umfassen die Beladeschleuse 26 und die Entladeschleuse 28 Doppel-Schwenkmechanismen zum Bewegen der Türen 80 und 86 zwischen der offenen Lage, wo ein Zugriff zum Substrat 66 durch eine Reinraumwand 90 hindurch möglich ist, und der geschlossenen Lage, wo das Substrat innerhalb der entsprechenden Schleuse dicht untergebracht ist. Es wird darauf hingewiesen, daß auch andere Türanordnungen benutzt werden können.
Ein Regler 92 steuert die Ventiltüren, die Träger-Förderanordnungen, die Belade- und Entladeschleuse, die Bearbeitungskammern, den Drehtisch und alle anderen Komponenten des Systems in Übereinstimmung mit dem hier beschriebenen Vorgang. Der Regler 92 umfaßt bevorzugt einen Rechner zum Speichern von Betriebsfolgen, Prozeßinformationen und dergleichen und zum Steuern der obigen Elemente.
Die Ventiltüren 40, 42, 50. 52, 54, 56, 58 und 60 weisen längliche Schlitze auf, um den Durchtritt des Substratträgers 64 und des Substrats 66 zu gestatten. Die Ventiltüren sollten in etwa 0,5 bis 0,7 Sekunden arbeiten, um einen hohen Durchsatz zu erzielen. Die Ventiltüren sind unten unter Bezugnahme auf die Fig. 14-16 beschrieben.
Eine typische Folge zum Handhaben und Bearbeiten eines Substrates wird nun beschrieben. Das Substrat 66 wird vom Roboter 30 aus der Beladekassette 32 auf Halter 82 an der Tür 80 der Beladeschleuse 26 überführt. Dann wird die Tür 80 in die geschlossene und abgedichtete Lage geschwenkt und die Beladeschleuse 26 wird bis auf einen gewünschten Druckpegel evakuiert. Wenn der gewünschte Druckpegel erreicht ist, wird die Ventiltür 40 geöffnet und ein Substratträger 64 wird von der Beladeschleuse 26 zur Position 76 des Drehtisches 70 gefördert. Das Substrat 66 wird von Haltern 82 auf den Träger 64 überführt und der Träger 64 wird durch die Ventiltür 40 auf den Drehtisch 70 gefördert. Dann wird die Ventiltür 40 geschlossen, der Drehtisch 70 wird so gedreht, daß das Substrat und der Substratträger 64 in der Position 76 auf eine ausgewählte Bearbeitungskammer ausgerichtet sind, beispielsweise auf die Bearbeitungskammer 12. Dann wird die Ventiltür 52 geöffnet und das Substrat und der Substratträger 64 werden vom Drehtisch 70 in die Bearbeitungskammer 12 hinein gefördert. Die Ventiltür 52 wird geschlossen und das Substrat wird in der Bearbeitungskammer 12 bearbeitet. Der Vorgang in der Kammer 12 kann das Vorheizen des Substrats umfassen. Da die Ventiltür 52 geschlossen ist, können andere Substrate und Substratträger bewegt werden, während das Substrat in der Bearbeitungskammer 12 gerade bearbeitet wird. Wenn das Verfahren in der Kammer 12 abgeschlossen ist, dann wird die Ventiltür 52 geöffnet und das Substrat und der Substratträger 64 werden auf den Drehtisch 70 gefördert. Der Drehtisch 70 wird in typischer Weise bis in Ausrichtung mit einer zweiten, ausgewählten Bearbeitungskammer gedreht, beispielsweise der Bearbeitungskammer 14. Die Ventiltür 54 wird geöffnet und das Substrat und der Substratträger 64 werden vom Drehtisch 70 in die Bearbeitungskammer 14 gefördert. Die Ventiltür 54 wird geschlossen und das Substrat wird in der Kammer 14 bearbeitet. Das Verfahren in der Kammer 14 kann den Sprühniederschlag eines ITO-Films oder eines Metallfilms umfassen. Wenn das Verfahren in der Kammer 14 fertiggestellt ist, wird die Ventiltür 54 geöffnet und das Substrat und der Substratträger 64 werden auf den Drehtisch 70 gefördert. Die Ventiltür 54 wird geschlossen und der Drehtisch 70 wird bis in Ausrichtung auf die Entladeschleuse 28 gedreht. Die Ventiltür 42 wird geöffnet und das Substrat und der Substratträger 64 werden in die Entladeschleuse 28 gefördert. Das Substrat wird vom Substratträger 64 auf Halter 88 überführt und der Substratträger 64 wird zurück auf den Drehtisch 70 gefördert. Dann wird die Ventiltür 42 geschlossen und die Entladeschleuse 28 wird zur Umgebungsluft hin belüftet. Schließlich wird die Tür 86 bis in eine Lage geöffnet, die äquivalent zu der ist, die für die Tür 80 gezeigt ist, und der Roboter 30 überführt das Substrat von den Haltern 88 auf die Entladekassette 34.
Die Handhabung und Bearbeitung eines einzigen Substrats ist oben beschrieben. In der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 umfaßt, das System sechs Kammern und sechs Substratträger. Der Drehtisch 70 hat zwei Substratträgerpositionen 74 und 76. In einem speziellen Beispiel werden die Bearbeitungskammern 10 und 12 zum Vorheizen der Substrate und die Kammern 14. 16. 18 und 20 zum Sprühbeschichten der Substrate benutzt. Ferner sind die Bearbeitungskammern 10, 12, 14, 16, 18 und 20, die Beladeschleuse 26 und die Entladeschleuse 28 gegenüber der Pufferkammer 24 durch Ventiltüren isoliert. Diese Ausbildung gestattet, daß mehrere Substrate gleichzeitig in mehrfach genutzter Zeit gehandhabt und verarbeitet werden, so daß ein hoher Durchsatz erzielt wird. Beispielsweise wird die Ventiltür 54 während der Zeit geschlossen, in der ein Substrat in der Bearbeitungskammer 14 bearbeitet wird. Während dieser Zeit können zusätzliche Substrate von der Beladeschleuse zu einer anderen der Bearbeitungskammern überführt werden, Substrate können von einer Bearbeitungskammer zu einer anderen Bearbeitungskammer überführt werden, und Substrate können von einer Bearbeitungskammer zur Entladeschleuse überführt werden. Ein Beispiel eines kompletten Zyklus des Bearbeitungssystems ist unten in Tabelle 1 gezeigt. In diesem Beispiel werden vier Substrate in einem vollständigen Zyklus bearbeitet. In Tabelle 1 stellt jeder Schritt die Bewegung eines Substrats von einer speziellen Verarbeitungskammer, von der Beladeschleuse oder zur Entladeschleuse dar.

TABELLE 1

aus der Kammer 20
zur Entladeschleuse 28
aus der Kammer 12
in die Kammer 20
von der Beladeschleuse 26
in die Kammer 12
aus der Kammer 18
zur Entladeschleuse 28
aus der Kammer 10
in die Kammer 18
von der Beladeschleuse 26
in die Kammer 10
aus der Kammer 16
zur Entladeschleuse 28
aus der Kammer 12
in die Kammer 16
aus der Beladeschleuse 26
in die Kammer 12
aus der Kammer 14
zur Entladeschleuse 28
aus der Kammer 10
in die Kammer 14
von der Beladeschleuse 26
in die Kammer 10
Ein schematisches Diagramm des Substratträgers 64 und der Substrat-Förderanordnungen zum Fördern des Substratträgers 64 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Träger- Förderanordnungen sind auch in Fig. 4 gezeigt. Ein Substratträger 64 ist bevorzugt eine Metallplatte, wie beispielsweise rostfreier Stahl, mit einer unteren Kante 100 zum Aufsetzen auf Rollen in jeder Träger-Förderanordnung und oberen Kanten 102 und 104 zum Tragen des Substrats 66. Im Gebrauch haben die Metallplatten des Substratträgers 64 und das Substrat 66 vertikale Ausrichtung. Die oberen Kanten 102 und 104 bilden einen rechten Winkel und umfassen U-förmige Nuten zur Aufnahme der Kanten des Substrats 66. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die mit Nut versehenen oberen Kanten 102 und 104 des Substratträgers 64 unter etwa 45º bezüglich der Horizontalen ausgerichtet. Das Substrat 66 wird längs zweier Kanten vom Substratträger 64 getragen. Der Substratträger 64 umfaßt ferner U-förmige Kerben 106, die sich von den Kanten 102 und 104 aus nach unten erstrecken. Die Kerben 106 sind so bemessen, daß sie Halter 82 an der Beladeschleusentür 80 und Halter 88 an der Entladeschleusentür 86 aufnehmen. Das Substrat 66 wird auf den Substratträger 64 vom Halter 82 abgesenkt, wenn das Substrat in das System eingeführt wird. Es wird auch das Substrat 66 aus dem Substratträger 64 durch Halter 88 nach Fertigstellung der Bearbeitung gehoben. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Substratträger 64 so bemessen, daß er rechteckige Glassubstrate von bis zu 450 mm · 550 mm mit einer Dicke von 1,1 mm aufnimmt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß der Substratträger 64 auch so konstruiert sein kann, daß er Substrate unterschiedlicher Größen und Dicken aufnimmt.
Der Substratträger 64 mit oder ohne Substrat 66 wird innerhalb des Systems, das in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, durch ein System von Träger-Förderanordnungen gefördert. Jede Bearbeitungskammer 10, 12. 14. 16, 18 und 20, die Beladeschleuse 26 und die Entladeschleuse 28 umfassen eine Träger-Förderanordnung. Zusätzlich sind Träger- Förderanordnungen am Drehtisch 70 zum Fördern von Substratträgern zu den Positionen 74 und 76 und von diesen angebracht. Die Träger-Förderanordnungen am Drehtisch 70 drehen sich zusammen mit dem Drehtisch, so daß sie auf die Träger-Förderanordnungen in einer ausgewählten Bearbeitungskammer, die Beladeschleuse oder die Entladeschleuse ausgerichtet sein können.
In Fig. 3 kann eine Träger-Förderanordnung 110 innerhalb der Pufferkammer 24 und eine Träger-Förderanordnung 112 kann in der Beladeschleuse 26, der Entladeschleuse 28 oder in einer der Bearbeitungskammern 10, 12. 14, 16. 18 und 20 angeordnet sein. Die Träger- Förderanordnung 110 innerhalb der Pufferkammer 24 ist körperlich getrennt von der Träger- Förderanordnung in der Bearbeitungskammer, der Beladeschleuse und der Entladeschleuse, weil diese Kammern von der Pufferkammer durch die jeweiligen Ventiltüren getrennt sind, mit der Ausnahme, wenn der Substratträger 64 zwischen den Kammern gefördert wird. Ferner ist mindestens ein Abschnitt der Träger-Förderanordnung 110 innerhalb der Pufferkammer 24 am Drehtisch 70 angebracht und dreht sich mit diesem (Fig. 4), so daß der Substratträger 64 auf eine gewählte Bearbeitungskammer, auf die Beladeschleuse 26 oder auf die Entladeschleuse 28 ausgerichtet sein kann.
Jede der Träger-Förderanordnungen 110 und 112 umfaßt eine Mehrzahl von Rollen 116. Die untere Kante 100 des Substratträgers 64 ruht auf Rollen 116. Die Rollen 116 der Träger-Förderanordnung 112 werden von einem Motor 120 angetrieben und die Rollen 116 der Träger-Förderanordnung 110 werden von einem Motor 122 angetrieben. Der Substratträger 64 kann in jeder Richtung durch Erregen der Motoren 120 und 122 gefördert werden. Der Zwischenraum zwischen den Träger-Förderanordnungen 110 und 112 ist ausreichend klein, so daß der Substratträger 64 von einer Träger-Förderanordnung zur anderen mit einer glatten, ununterbrochenen Bewegung gefördert werden kann. Die Träger-Förderanordnung 110 umfaßt ferner aufrechte, parallele Seitenwände 124 (von denen nur eine in Fig. 3 erscheint) an der Vorder- und Rückseite des Substratträgers 64. Führungsräder 128, die an den parallelen Seitenwänden 124 angebracht sind, stoßen gegen die Vorder- und Rückseite des Substratträgers 64. Die Führungsräder 128 sind vom Motor 122 angetrieben. Somit halten die Führungsräder 128 den Substratträger 64 in einer vertikalen Ausrichtung und tragen zum Fördern des Substratträgers 64 durch das System bei. In gleichartiger Weise umfaßt die Träger-Förderanordnung 112 aufrechte Seitenwände 126 mit angetriebenen Führungsrädern 128.
Der Substratträger 64 und die Träger-Förderanordnungen 110 und 112 halten das Substrat 66 in vertikaler Ausrichtung während der gesamten Zeit, in der das Substrat im System gehandhabt und bearbeitet wird. Somit ist die Möglichkeit einer Verschmutzung durch Partikel in hohem Umfang verringert, verglichen mit Systemen, in denen das Substrat in einer horizontalen Ausrichtung während der Handhabung und Bearbeitung gehalten wird. In Systemen mit horizontaler Substrathandhabung können sich Partikel auf der oberen Oberfläche des Substrats ansammeln und hierdurch das Substrat kontaminieren. Zusätzlich ist das Substrat 66 bei seinen Kanten gehalten, wodurch die Möglichkeit der Beschädigung an der Substratoberfläche während der Handhabung minimiert wird. Ferner ist das Substrat 66 oberhalb der Träger-Förderanordnungen 110 und 112 gehalten, so daß die Möglichkeit minimiert wird, daß Partikel von bewegten Teilen der Träger-Förderanordnung das Substrat kontaminieren werden.
Während der Bearbeitung wird das Substrat 66 in einer ortsfesten Lage in einer der Bearbeitungskammern vom Substratträger 64 gehalten. In den Aufsprühkammern wird eine Beschichtung aus dem Material, das auf dem Substrat 66 abgelagert wird, auch auf dem Substratträger 64 niedergeschlagen, mindestens in Abschnitten nahe den Oberkanten 102 und 104. Die Beschichtung sammelt sich während der Zeit an, während der Substratträger 64 benutzt wird, um mehrere Substrate zu tragen. Wenn der Substratträger 64 jedesmal der Umgebungsluft ausgesetzt wäre, wenn ein neues Substrat in das System eingeladen wird, würde die Beschichtung Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf und andere Gase absorbieren. Wenn der Substratträger 64 in die Bearbeitungskammer mit einem neuen Substrat zurückgeführt würde, könnte das Ausgasen aus der Beschichtung möglicherweise die Bearbeitungskammer kontaminieren. Um dieses Problem zu vermeiden, wird der Substratträger 64 niemals der Umgebungsluft während der Verwendung des Vakuum-Bearbeitungssystems ausgesetzt. Insbesondere ist der Substratträger 64 innerhalb der Pufferkammer 24 angeordnet, wobei eine Ventiltür 40 geschlossen wird, wenn ein Substrat in die Beladeschleuse 26 eingeladen wird. Die Ventiltür 40 wird geöffnet und der Substratträger 64 wird in die Beladeschleuse gefördert, um das Substrat aufzunehmen, nur nachdem die Beladeschleuse 26 auf ein Vakuum abgepumpt wurde. In gleichartiger Weise wird die Entladeschleuse 28 bei einem hohen Vakuum gehalten, wenn der Substratträger 64 das Substrat auf die Halter 88 überführt. Die Entladeschleuse wird zur Umgebungsluft hin zur Entfernung des Substrats nur dann belüftet, nachdem der Substratträger 64 aus der Entladeschleuse 28 zum Drehtisch 70 gefördert wurde und die Ventiltür 42 geschlossen wurde. Somit wird dem Substratträger 64 keine Gelegenheit gegeben, atmosphärische Gase zu absorbieren, die später innerhalb der Bearbeitungskammern ausgasen könnten.
Eine schematische, geschnittene Ansicht der Pufferkammer 24 und des Drehtischs 70 ist in Fig. 4 gezeigt. Der Drehtisch 70 ist innerhalb der Pufferkammer 24 zur Drehung um die vertikale Achse 72 angebracht. Der Drehtisch 70 wird vom Drehtischmotor 142 gedreht, der außerhalb der Vakuumumhüllung der Pufferkammer 24 angeordnet ist und mit dem Drehtisch 70 durch eine Vakuum-Drehdurchführung 144 gekoppelt ist. Eine Träger-Förderanordnung 150 ist in der Substratträgerposition 74 angeordnet, und eine Träger-Förderanordnung 152 ist in der Substratträgerposition 76 auf dem Drehtisch 70 angeordnet. Jede der Trägerförderanordnungen 150 und 152 umfaßt angetriebene Rollen 154 und angetriebene Führungsräder 156, die den Substratträger 64 in einer vertikalen Ausrichtung abstützen und den Substratträger 64 in einer gewünschten Richtung fördern, wie oben im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben. Ein Motor 160, der außerhalb der Vakuumumhüllung der Pufferkammer 24 angeordnet ist, ist durch eine Vakuum-Drehdurchführung und eine in einem rechten Winkel wirkende Antriebsanordnung 162 mit der Trägerförderanordnung 152 gekoppelt. Ein Motor 164, der außerhalb der Vakuumumhüllung der Pufferkammer 24 angeordnet ist, ist durch eine Vakuum-Drehdurchführung und eine rechtwinklig wirkende Antriebsanordnung 166 mit der Trägerförderanordnung 150 gekoppelt. Die Trägerförderanordnungen 150 und 152 drehen sich zusammen mit dem Drehtisch 70 in Ausrichtung auf eine ausgewählte Bearbeitungskammer, die Beladeschleuse oder die Entladeschleuse, wie oben beschrieben.
Wie in Fig. 2 gezeigt, umfassen die Bearbeitungskammern 14, 16. 18 und 20 Aufsprühquellen 14A, 16A, 18A bzw. 20A. In jeder Bearbeitungskammer werden der Substratträger und das Substrat in einer ortsfesten Lage in bezug auf die jeweilige Aufsprühquelle gehalten, und ein Film der gewünschten Zusammensetzung und Dicke wird auf dem Substrat niedergeschlagen.
Die Ansicht eines Querschnitts einer Aufsprühquelle, die für jede der Aufsprühquellen 14A, 16A, 18A und 20A repräsentativ ist, ist in Fig. 5A gezeigt. Die Aufsprühquelle ist so ausgebildet, daß sie einen Film niederschlägt, der eine Gleichförmigkeit in der Dicke von t3% über eine rechteckige Glasplatte von 450 mm · 550 mm hinweg aufweist. Die Sprühquelle ist auch dazu ausgebildet, einen hohen Sammelwirkungsgrad in der Größenordnung von etwa 29% zu erzielen, was zu einer hohen Niederschlagsrate führt. Die Quelle ist zum Niederschlag von ITO-Filmen und Metallfilmen ausgebildet, ist aber nicht auf diese Filme beschränkt.
Die Aufsprühquelle umfaßt drei konzentrische Targetringe, die einen inneren Targetring 200, einen mittleren Targetring 202 und einen äußeren Targetring 204 umfassen. Die Targetringe 200, 202 und 204 sind zu einer Achse 206 zentriert. Die Targetringe sind aus einem Material hergestellt, das auf einem Substrat 210 oder einem Material niedergeschlagen werden soll, das mit einem Gas in der Sprühkammer reagiert, um das Material zu bilden, das auf dem Substrat niedergeschlagen wird. Wenn somit beispielsweise ITO auf dem Substrat niedergeschlagen wird, dann weisen die Targetringe 200, 202 und 204 Indiumzinnmetall oder Indiumzinnoxid auf, in typischer Weise im Verhältnis zu 90% Indium und 10% Zinn. In einem Beispiel zur Aufsprühbeschichtung von rechteckigen Glasplatten von 450 mm · 550 mm hat der innere Targetring 200 einen Durchmesser von 195 mm und eine Breite von 50 mm, der mittlere Targetring 202 hat einen Durchmesser von 431 mm und eine Breite von 50 mm, und der äußere Targetring 204 hat einen Durchmesser von 692 mm und eine Breite von 50 mm.
Eine Elektromagnetanordnung 220 erzeugt neben dem inneren Targetring 200 ein Magnetfeld. Ein vergrößerter Querschnitt des inneren Targentrings 200 oder der Elektromagnetanordnung 220 sind in Fig. 5B gezeigt. Die Elektromagnetanordnung 220 umfaßt eine Elektromagnetspule 222 mit ringförmigen Wicklungen sowie eine Polanordnung, um das Magnetfeld zu konzentrieren, das von der Elektromagnetspule 222 erzeugt wird, und zwar im Bereich des inneren Targetrings 200. Die Polanordnung umfaßt ein ringförmiges hinteres Polstück 224, insgesamt zylindrische Polstücke 226 und 228, sowie durch einen Abstand getrennte, ringförmige Polstücke 230 und 232 unmittelbar hinter dem Targetring 200, um das Magnetfeld in der Nähe des Targetrings zu formen. Die Elektromagnetspule 222 ist durch Leitungen 234 an eine Stromquelle (nicht gezeigt) angeschlossen.
Die Elektromagnetanordnungen 236 und 238 erzeugen Magnetfelder neben dem mittleren Targetring 202 bzw. dem äußeren Targetring 204. Die Elektromagnetanordnungen 236 und 238 sind gleichartig zur Elektromagnetanordnung 220, haben aber aufeinanderfolgend größere Durchmesser entsprechend dem Durchmesser der jeweiligen Targetringe. Die Elektromagnetanordnungen erzeugen Magnetfelder von etwa 300 Gauss in der Nähe der Targetringe.
Die Sprühquelle umfaßt ferner Anoden 240. 242 und 244, die eine kreisförmige Ausbildung aufweisen und gegenüber den Targetringen 200, 202 und 204 beabstandet sind. Eine Plasmastromquelle (nicht gezeigt) ist zwischen jedem der Targetringe und der jeweiligen Anode angeschlossen. Die Anoden sind in typischer Weise geerdet und die Targetringe sind in typischer Weise bei etwa 500 Volt betrieben.
Jeder der Targetringe 200. 202 und 204 ist wassergekühlt. Es wird auf Fig. 5B Bezug genommen; die Polstücke 226 und 228 begrenzen geschlossene Kanäle 250 und 251 zwischen der Elektromagnetspule 222 und dem Targetring 200. Die Kanäle 250 und 251 sind von einem ringförmigen Wasserkanalring 252 getrennt. Kühlwasser wird in den Kanal 250 durch einen Einlaß 254 eingeleitet. Ein kleiner Spalt liegt zwischen dem Wasserkanalring 252 und dem Targetring 200 vor. Das Kühlwasser strömt aus dem Kanal 250 in radialer Richtung durch den Spalt zum Kanal 251 und entfernt somit Wärme vom Targetring 200. Das Wasser wird aus dem Kanal 251 durch einen Auslaß 256 abgegeben.
Die Sprühquelle umfaßt auch reaktive Gasdiffusoren, um eine reaktives Gas zwischen den Targetringen und dem Substrat 210 einzuleiten. Ein reaktiver Gasdiffusor 260 ist in der Mitte der Sprühquelle angeordnet und ein ringförmiger, reaktiver Gasdiffusor 262 ist zwischen dem mittleren Targetring 202 und dem äußeren Targetring 204 angeordnet. Der reaktive Gasdiffusor 260 umfaßt einen Hohlraum 263 zum Einleiten des reaktiven Gases. Der Hohlraum 263 ist durch eine Platte mit mehreren Bohrungen 264 zur Diffusion des Gases aus dem Hohlraum in dem Bereich zwischen der Sprühquelle und dem Substrat abgedeckt. Der reaktive Gasdiffusor 262 hat einen gleichartigen Aufbau. Als Beispiel wird Sauerstoff in dem Bereich des Substrats während des Niederschlags von ITO eingeleitet.
Eine Substratabschirmung 266. die zwischen den Targetringen 200, 202 und 204 sowie dem Substrat 210 angeordnet ist, begrenzt den Niederschlag auf dem Substratträger. Für ein rechteckiges Substrat hat die Substratabschirmung 266 eine rechteckige Öffnung, die in der Größe dem Substrat entspricht.
Die Sprüh-Niederschlagskammer wird mit Argon unter einem Druck im Bereich von 0,133 bis 2,67 Pa (1-20 Millitorr) betrieben. Die einander kreuzenden elektrischen Felder und Magnetfelder an der Oberfläche eines jeden Targetrings 200. 202 und 204 veranlassen die Ionisierung der Argonatome. Die Argonionen bombardieren die Targetringe und erodieren Atome aus dem Targetmaterial aus jedem der Targetringe. Das abgesprühte Targetmaterial wird als Film auf der Substratoberfläche niedergeschlagen. Im Fall des reaktiven Aufsprühens reagieren die aufgesprühten Targetatome mit einem Gas entweder an der Targetoberfläche oder am Substrat, um das gewünschte Molekül zu bilden. In der Sprühquelle der Fig. 5A und 5B sind das elektrische Feld und das Magnetfeld an jedem der Targetringe 200, 202 und 204 unabhängig steuerbar. Die Menge des Sprühauftrages aus jedem der Targetringe kann dadurch eingestellt werden, daß man die Sprühleistung für den jeweiligen Targetring einstellt, so daß eine gleichförmige Filmdicke über die Substratfläche erzeugt wird.
Die Ausbildung der Sprühquelle, die in Fig. 5A und 5B gezeigt und oben beschrieben ist, gestattet den Niederschlag eines Films mit einer Gleichförmigkeit von etwa t3% über die Oberfläche des rechteckigen Substrats mit Abmessungen von 450 mm · 550 mm. Das Substrat 210 weist zu den Targetringen einen Abstand von etwa 100 mm auf, um einen Sammelwirkungsgrad in der Größenordnung von 29% zu erzielen. Um diese Gleichförmigkeit und diesen Sammelwirkungsgrad zu erreichen, ist der Außendurchmesser des äußeren Targetrings 204 bevorzugt etwa gleich der diagonal en Abmessung des rechteckigen Substrats. Mit dieser Ausbildung kann ein ITO-Film mit einer Dicke von 2500 Angström in etwa 46 Sekunden niedergeschlagen werden, wobei man ein Target aus Indiumzinnoxid verwendet, das unter eine Gesamtleistung von 12 Kilowatt gesetzt ist.
Eine zweite Ausführungsform der Sprühquelle (nicht gezeigt) verwendet ein rotierendes Magnetronfeld hinter einem Sprühtarget. Das Magnetronfeld ist ungefähr kardioidförmig, wobei die Geometrie und die Magnetfelder so ausgewählt sind, daß eine gleichförmige Erosion des Sprühtargets erzielt wird. Ein bevorzugtes Target ist 6,3 mm (0.25 Zoll) dick und hat einen Durchmesser von 0,83 m (32,5 Zoll). Sprühquellen dieser allgemeinen Art sind offenbart in den US-Patenten Nrn. 4,995,958, Anderson et al., herausgegeben am 26. Februar 1991, sowie 5,252.194. Demaray et al., herausgegeben am 12. Oktober 1993.
Ein vereinfachter Querschnitt einer Heizkammer, die den Bearbeitungskammern 10 und 12 entspricht (Fig. 2), ist in Fig. 6 gezeigt. Der Substratträger 64, der ein Substrat 66 hält, ist in der Bearbeitungskammer 10 angeordnet. Die Heizeinrichtung weist eine Anordnung von rohrförmigen Lampen 300 auf, die Quarzlampen sein können. Die Lampen 300 sind in einer zueinander parallelen Anordnung angebracht. Die Lampenanordnung ist ausreichend groß, um das Substrat 66 gleichförmig zu erwärmen. In den Heizkammern 10 und 12 strahlen die Lampen 300 das Substrat 66 unmittelbar an. In typischer Weise wird auch eine Heizeinrichtung in jeder Sprüh-Niederschlagskammer verwendet, um die Temperatur des Substrates während des Niederschlags aufrechtzuerhalten. In den Sprühkammern ist die Heizeinrichtung auf der Seite des Substrats angebracht, die der Sprühquelle entgegengesetzt ist, und sie erwärmt die Rückseite des Substrats. In der Sprühkammer ist eine Molybdän-(Mo)-Abschirmung zwischen den Lampen 300 und dem Substrat verwendet, um die Lampen gegenüber dem Sprühniederschlag abzuschirmen. Die Molybdän-Abschirmung wird von den Lampen erwärmt und die Abschirmung erwärmt die Rückseite des Substrats 66. Die Abschirmung kann auch aus Kupfer oder Graphit hergestellt sein, um die Gleichförmigkeit der Temperatur zu verbessern. Das Glassubstrat wird typischerweise auf eine Temperatur zwischen 250ºC und 450ºC erwärmt, abhängend vom schon früher erfolgten Auftrag temperaturempfindlicher Materialien.
Ein anderer Zusatz, der im offenbarten System verwendet werden kann, ist eine sog. HF-Ätzung oder HF-Vorspannung. Die HF-Ätzung bringt die Auftragung eines HF-Feldes auf das Substrat in einer gesonderten HF-Ätzkammer mit sich. Eine HF-Spannung wird auf eine leitfähige Platte aufgebracht, die etwa dieselbe Größe hat wie das Substrat und einen geringen Abstand zum Substrat aufweist. Das HF-Feld veranlaßt die Ionisierung von Argonatomen innerhalb der Kammer und die Bombardierung der Substratoberfläche. Im Fall der HF-Vorspannung befindet sich eine leitfähige Platte in engem Abstand zur Rückseite des Substrats in einer Sprüh-Niederschlagskammer. Eine HF-Spannung, die an die leitfähige Platte angelegt wird, veranlaßt eine Gleichstromvorspannung auf dem Substrat. Die Gleichstromvorspannung veranlaßt die Beschleunigung von Ionen, die auf dem Substrat niedergeschlagen werden.
Der Betrieb der Beladesperre 26 und der Entladesperre 28 ist unter Bezugnahme auf die Fig. 7 bis 9 dargestellt. Anfangs wird das Substrat 66 an der Tür 80 der Beladesperre angeordnet und wird von Haltern 82 getragen, wie in Fig. 9 gezeigt. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Halter 82 Räder mit U-förmigen Nuten auf, um die Kante des Substrats 66 aufzunehmen. Es wird nun auf Fig. 7 Bezug genommen; die Übertragung des Substrats 66 auf den Substratträger 64 ist dargestellt. Die Halter 82 werden von der Tür weg (senkrecht zur Ebene der Fig. 7) ausgefahren, bis das Substrat 66 sich unmittelbar oberhalb des Substratträgers 64 befindet. Als nächstes wird der Substratträger 64 vertikal angehoben, um das Substrat 66 aus den Haltern 82 herauszuheben. Dann wird der Halter 82 zur Tür hin zurückgefahren und der Substratträger 64 wird in seine Ausgangslage auf Rollen 116 abgesenkt, wobei das Substrat 66 an den Kanten 102 und 104 abgestützt ist. Der Substratträger 64 und das Substrat 66 sind dann bereit, in das Vakuum-Bearbeitungssystem gefördert zu werden, wie es oben beschrieben ist. Ein gleichartiger Mechanismus wird in der Entladeschleuse 28 verwendet, um das Substrat 66 vom Substratträger 64 auf die Halter 88 an der Tür 86 zu fördern.
Ein Beispiel eines Türöffnungsmechanismus für die Beladesperre 26 und die Entladesperre 28 ist unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 beschrieben. Der Zweck des Türöffnungsmechanismus ist es, sich aus einer geschlossenen Lage, in der das Substrat innerhalb einer der Schleusen dichtend isoliert ist, in eine offene Lage zu bewegen, wo das Substrat beispielsweise durch eine Reinraunwand zur Überführung in das System hinein oder aus dem System heraus dargeboten wird. In Fig. 8 ist die Tür 86 der Entladesperre in der unmittel baren Lage zwischen der geschlossenen und offenen Lage gezeigt. Die Tür 86 ist von Armen 370 und 372 getragen, die mit der Mitte der Oberseite bzw. der Mitte der Unterseite der Tür 86 verbunden sind. Die Arme 370 schwenken um die Achse 374. Wenn die Arme 370 und 372 um die Achse 374 schwenken, dann wird die Tür 86 um die Achse 378 um 90º geschwenkt, woraus sich die gewünschte Bewegung ergibt. Es wird darauf hingewiesen, daß auch andere Türöffnungsanordnungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Beladesperre und der Entladesperre für das Vakuumbearbeitungssystem, das oben beschrieben ist, ist in den Fig. 10 bis 13 gezeigt. Eine Beladesperre 400 ist durch eine Ventiltür 40 mit der Pufferkammer 24 verbunden (Fig. 1 und 2). Eine Entladeschleuse 402 ist durch die Ventiltür 42 mit der Pufferkammer 24 verbunden. Im oben beschriebenen System ersetzt die Beladeschleuse 400 die Beladeschleuse 26 und die Entladeschleuse 402 ersetzt die Entladeschleuse 28.
Die Beladeschleuse 400 umfaßt eine vakuumdichte Umhüllung 404, eine Türanordnung 406 und einen Linearantriebsmechanismus 407. Die Entladeschleuse 402 umfaßt eine vakuumdichte Umhüllung 408, eine Türanordnung 410 und einen Linearantriebsmechanismus 411. Im allgemeinen ist die Entladeschleuse 402 ein Spiegelbild der Beladeschleuse 400. Somit wird nur die Entladeschleuse 402 im einzelnen beschrieben.
Die Türanordnung 410 der Entladeschleuse 402 umfaßt eine Tür 416 zum Abdichten einer Öffnung 418 in der Umhüllung 408. Die Türanordnung 410 umfaßt ferner einen Substrattragearm 420 und einen Überführungsmechanismus 422, um den Substrattragearm 420 zu steuern. Die Türanordnung 410 ist zwischen einer offenen Lage, die in ausgezogenen Linien in Fig. 11 gezeigt ist, und einer geschlossenen Lage beweglich, die in strichpunktierten Linien in Fig. 11 gezeigt ist. Es wird auf Fig. 10 Bezug genommen; die Türanordnung 406 ist in der geschlossenen Lage gezeigt und die Türanordnung 410 ist i n der offenen Lage gezeigt. Die Türanordnung 410 wird zwischen der offenen und geschlossenen Lage durch den Linearantriebsmechanismus 411 bewegt. Die Türanordnung 410 und der Linearantriebsmechanismus 411 werden von einem Bauteil 430 getragen, das an der Umhüllung 408 angebracht ist. Der Linearantriebsmechanismus 411 umfaßt einen Linearantriebsmotor 432, einen Linearantriebsriemen 434 und eine Umlenkrolle 436. Ein Schlitten 438 ist an der Türanordnung 410 und am Antriebsriemen 434 so angebracht, daß die Türanordnung längs Führungsstäben 437 und 439 zwischen der offenen und geschlossenen Lage beweglich ist, wenn der Linearantriebsmotor 432 erregt wird.
Der substrattragende Arm 420 umfaßt senkrechte Schenkel 442 und 444, die an drei Rändern 440 angebracht sind, die V-förmige Nuten aufweisen, um das Substrat 66 zu tragen. Die Räder 440 sind so angeordnet, daß sie das Substrat 66 mit seinen Seiten unter etwa 45º in bezug auf die Horizontale ausrichten.
Die Entladeschleuse 402 wird zum Entfernen eines Substrats aus dem Vakuumbearbeitungssystem verwendet. Um das Substrat aus dem System zu entfernen, befindet sich die Türanordnung 410 anfangs in der geschlossenen Lage, so daß die Umhüllung 408 der Entladeschleuse 402 vakuumdicht abgedichtet ist. Die Umhüllung 408 der Entladeschleuse wird von einem Vakuumpumpsystem abgesaugt, das eine Grobpumpe 43 und Cryopumpen 44 und 45 umfassen kann (Fig. 1), wobei sich die Ventiltür 40 in der geschlossenen Lage befindet. Nach dem Evakuieren der Entladeschleusenumhüllung 408 wird die Ventiltür 40 geöffnet und ein Substratträger 446 wird aus der Pufferkammer 24 in die Entladeschleuse 402 durch eine Träger-Förderanordnung 450 bewegt. Wie schon vorher im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben, umfaßt die Träger-Förderanordnung 450 Rollen 452 und Führungsräder 454, die von einem Motor 456 angetrieben sind, um den Substratträger 446 längs eines horizontalen Weges zwischen der Pufferkammer 24 und der Entladeschleuse 402 zu bewegen. Eine ähnliche Träger-Förderanordnung ist innerhalb der Pufferkammer 24 angeordnet.
Wenn sich die Türanordnung 410 in der geschlossenen Lage befindet und die Entladeschleusenumhüllung 408 evakuiert ist, wird das Substrat 66 vom Substratträger 446 auf den Förderarm 420 durch den Überführungsmechanismus 422 überführt, wie im einzelnen unten beschrieben wird. Das Substrat 66 wird vom Substratträger 446 abgehoben und vom Tragearm 420 gehalten. Dann wird der Substratträger 446 längs eines horizontalen Weges durch die Träger-Förderanordnung 450 zurück zur Pufferkammer 24 bewegt und die Ventiltür 40 wird geschlossen. Die Entladeschleusenumhüllung 408 wird dann durch die Umgebungsluft belüftet und die Türanordnung 410 wird in die offene Lage bewegt, indem man den Linearantriebsmotor 432 erregt. Das Substrat 66 wird parallel zu seiner Ebene von der Türanordnung 410 bewegt, so daß es gestattet wird, daß die Tür 416 und die Öffnung 418 verhältnismäßig geringe Abmessungen haben und die Luftbewegung verringert wird. Wenn die Türanordnung 410 sich in der offenen Lage befindet, wird das Substrat 66 vom Tragearm 420 durch einen Roboter entfernt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Substratträger 446 eine Metallplatte auf, in der drei Trage-V-Räder 451 und drei Begrenzungs-V-Räder 453 angebracht sind. Jedes der V-Räder 451. 453 ist in der Metallplatte des Substratträgers 446 zur Drehung um eine Achse senkrecht zur Ebene der Metallplatte angebracht und weist eine V-Nut in einem Außenumfang auf, um das Substrat aufzunehmen. Die drei Trage-V-Räder 451 tragen das Substrat 66 in einer vertikalen Ausrichtung, wobei dessen Seiten um etwa 45º zur Horizontalen geneigt sind. Die Begrenzungs-V-Räder 453 haben zum Substrat 66 in dessen Endlage einen kleinen Abstand, wie etwa 0.12 mm (0.005 Zoll), und sie wirken als Begrenzung, wenn sich das Substrat um dieses Maß krümmt. Die Ausbildung der V-Räder 451 und 453 verringert die hohe Reibung. die an Abstützpunkten auftritt, wenn das Substrat während der Erwärmung expandiert. Der Substratträger 446 umfaßt ferner Öffnungen 455, die Räder 440 am Substrattragearm 420 während der Überführung eines Substrats aufnehmen.
Das Substrat 66 wird vom Substratträger 446 auf den Tragearm 420 vom Überführungsmechanismus 422 überführt. In der Beladeschleuse 440 wird das Substrat 66 vom Tragearm auf den Substratträger in einem gleichartigen, aber umgekehrten Vorgang überführt. Wie am besten in den Fig. 11 und 13 gezeigt ist, umfaßt der Überführungsmechanismus 422 einen Nockenbetätigungsmotor 460, der mechanisch mit einem beweglichen Träger 462 gekoppelt ist. Der Substrattragearm 420 ist starr am Schlitten 462 angebracht. Der Schlitten 462 umfaßt Linearlager 464, die längs paralleler, vertikaler Wellen 466 und 467 beweglich sind. Das obere und untere Ende der Wellen 466 und 467 ist in Verbindungsblöcken 470 angebracht, die Linearlager umfassen, die längs paralleler, horizontaler Wellen 472 und 473 beweglich sind. Die Wellen 472 und 473 sind an ortsfesten Bügeln 474 bzw. 475 angebracht. Somit ist der Schlitten 462 sowohl vertikal als auch horizontal unter Steuerung des Motors 460 beweglich.
Ein Kurbel arm 480 ist an einer Welle 482 des Motors 460 angebracht, sowie an einem Nockenmitnehmer 484, der in einem horizontalen Schlitz 486 im Schlitten 462 beweglich ist. Ein ortsfester Nockenmitnehmer 490 erstreckt sich durch einen Führungsschlitz 492 im Schlitten 462. Der Führungsschlitz 492 stellt einen Bewegungsweg des Schlittens 462 und des Substrattragearms 420 her, wenn der Motor 460 den Kurbelarm 480 trägt. Bevorzugt umfaßt der Führungsschlitz 492 drei Segmente: ein vertikales Mittelsegment, ein oberes Segment, das sich vom Mittelsegment um etwa 45º weg erstreckt, und ein unteres Segment, das sich vom Mittelsegment um etwa 45º weg erstreckt. Der Führungsschlitz 492 legt die Bewegung des Substrattragearms 420 beim Entfernen eines Substrats vom Substratträger 446 in der Entladeschleuse 402 fest (und beim Überführen eines Substrats auf den Träger 446 in der Beladeschleuse 400). Wenn der Motor 460 erregt wird, wird der Kurbel arm 480 um 180º gedreht und der Schlitten 462 wird aus der Lage, die in ausgezogenen Linien in Fig. 13 gezeigt ist, in die Lage angehoben, die strichpunktiert gezeigt ist. Der ortsfeste Nockenmitnehmer 490 und der Führungsschlitz 492 veranlassen den Schlitten 462, einem Weg 494 zwischen der unteren und oberen Lage zu folgen. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, bewegt sich der Tragearm 420 längs des unteren Segmentes des Weges 494, wobei er Räder 440 veranlaßt, sich zum Substratträger 446 und unter das Substrat 66 zu bewegen. Dann bewegt sich der Tragearm 420 längs des vertikalen Segments des Weges 494, wobei er das Substrat 66 veranlaßt, vom Substratträger 446 angehoben zu werden. Schließlich bewegt sich der Tragearm 420 längs des oberen Segments des Weges 494 und veranlaßt das Substrat 66, vom Substratträger 446 wegbewegt zu werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bewegung des Tragearms 420 nicht auf den Weg 494 beschränkt ist, der in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist.
Wenn das Substrat 66 auf den Substratträger 446 in der Beladeschleuse 400 überführt wird, dann folgt der Tragearm 420 dem Weg 494, aber in der entgegengesetzten Richtung. Das heißt, das Substrat 66 wird über den Träger 446 bewegt und wird dann abgesenkt, so daß das Substrat 66 in den V-Rändern 451 im Träger 446 aufsitzt. Dann wird der Tragearm 420 vom Substratträger 446 wegbewegt.
Wie oben vermerkt, sind die Beladeschleuse 400 und die Entladeschleuse 402 Spiegelbilder und wirken in derselben Weise. Die Ausführungsform der Belade- und Entladeschleuse, die in den Fig. 10 bis 13 gezeigt und oben beschrieben ist, hat die Vorzüge einer verhältnismäßig kleinen Tür, so daß die Gefahr der Kontamination durch Partikel verringert wird. Zusätzlich wird eine verhältnismäßig geringe Masse während der Handhabung der Substrate bewegt, und die zugeordnete Luftbewegung ist verhältnismäßig gering. Das System kann so eingebaut werden, daß die Be- und Entladeschleuse überhalb eines Reinraums angeordnet sind und sich die Türanordnungen 406 und 410 durch die Reinraumwand 90 zum Einlegen und Entnehmen der Substrate durch ein Robotersystem erstrecken.
Das Vakuum-Bearbeitungssystem der Erfindung hat der Beschreibung nach sechs Bearbeitungskammern und sechs Substratträger. Es wird darauf hingewiesen, daß auch unterschiedliche Anzahlen von Bearbeitungskammern im System enthalten sein können, in Abhängigkeit von den Erfordernissen einer speziellen Anwendung. Die Bearbeitungskammern können so ausgebildet sein, daß sie auch andere Verfahren als die beschriebenen durchführen. Jede erwünschte Mischung von unterschiedlichen Bearbeitungskammern kann benutzt werden. Ferner können unterschiedliche Anzahlen von Substratträgern im System enthalten sein, in Abhängigkeit von den Erfordernissen des Durchsatzes und der Anzahl der Bearbeitungskammern. Zusätzlich kann jeder geeignete Mechanismus zum Fördern von Substraten durch das System in vertikaler Richtung benutzt werden. Schließlich kann jede geeignete Technik zum Einladen der Substrate in das System und zum Entladen der Substrate aus dem System benutzt werden.
Eine geeignete Vakuum-Ventiltür zur Verwendung in der obigen Vorrichtung ist in den Fig. 14-16 gezeigt. Eine Öffnung durch die Ventiltür ist so bemessen, daß sie den Durchgang eines gewünschten Gegenstandes gestattet. Bei dem oben beschriebenen Vakuum- Bearbeitungssystem müssen die Ventiltüren den Substratträger durchlassen, wenn er ein Substrat trägt. Der Substratträger 64 und das Substrat haben ein langes, schmales Profil, wenn sie in einer Richtung parallel zur Ebene des Substratträgers gefördert werden. Die Ventiltüren sollten rasch arbeiten, bevorzugt in etwa 0,5 bis 0,7 Sekunden, damit das System eine hohe Durchsatzrate erhält. Zusätzlich sollten die Ventiltüren eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, da ein Ausfall einer Ventiltür wahrscheinlich zu einer Systemstandzeit führt. Die Ventiltüren sollten auch einen einfachen Aufbau und niedrige Kosten haben.
Es wird nun auf die Fig. 14-16 Bezug genommen: die Vakuum-Ventiltür umfaßt ein Ventilgehäuse 500. Eine Öffnung 502 erstreckt sich durch das Ventilgehäuse 500. Im vorliegenden Beispiel ist die Öffnung 502 ein länglicher, schmaler Schlitz. In einem Beispiel der Vakuum-Ventiltür hat die Öffnung 502 eine Länge von etwa 90 cm und eine Breite von etwa 1,3 cm. Der Ventiltüraufbau, der hier gezeigt und beschrieben ist, ist besonders zweckmäßig, wenn die Öffnung 502 ein länglicher Schlitz mit einem Verhältnis von Länge zur Breite von 10 oder mehr ist. Das Ventilgehäuse 500 ist aus einem Metall hergestellt, etwa einer Aluminiumlegierung, und umfaßt Nuten 504 und 506 für Elastomer- Dichtringe, die es der Ventiltür gestatten, vakuumdicht eingebaut zu werden. Das Ventilgehäuse 500 wird so eingebaut, daß die Niederdruckseite oder Vakuumseite 510 der Vakuumkammer zugewandt ist und die Hochdruckseite oder Atmosphärenseite 512 einer Kammer mit höherem Druck oder Atmosphärendruck zugewandt ist.
Ein Ventilsitz 520 ist am Ventilgehäuse 500 befestigt. Der Ventilsitz 520 ist in einem länglichen Kanal 522 im Ventilgehäuse 500 angeordnet. Eine Öffnung 524 durch den Ventilsitz 520 ist auf eine Öffnung 502 durch das Ventilgehäuse 500 ausgerichtet. Der Ventilsitz 520 umfaßt einen Steg 526, der die Öffnung 524 völlig umgibt. Wie unten beschrieben, liegt eine Dichtungseinlage gegen den Steg 526 auf und bildet eine Dichtung, wenn die Ventiltür geschlossen ist. In der Ausführungsform der Fig. 16 ist der Ventilsitz 520 abnehmbar am Ventilgehäuse 500 angebracht. Dies gestattet es, daß der Ventilsitz ersetzt werden kann, ohne daß man die Ventiltür vom System entfernt. Der Ventilsitz 520 kann aber auch als integriertes Teil des Ventilgehäuses 500 ausgebildet sein.
Das Türventil umfaßt ferner eine Schwenktüranordnung 530, die zwischen einer geschlossenen Lage, die in ausgezogenen Linien in Fig. 5 gezeigt ist, und einer offenen Lage beweglich ist, die in Fig. 5 strichpunktiert gezeigt ist. Die Schwenktüranordnung 530 ist in einem länglichen Kanal 538 im Ventilgehäuse 500 angebracht. Die Schwenktüranordnung 530 umfaßt einen Schwenktürkörper 532, der schwenkbar an seinem oberen und unteren Ende im Ventilgehäuse 500 mittels eines Schwenkzapfens 534 bzw. 536 angebracht ist. Die Schwenktüranordnung 530 ist um eine Schwenkachse 540 zwischen der offenen und geschlossenen Lage schwenkbar. Der Schwenkstift 534 ist durch eine Vakuum-Drehdurchführung 542 mit einer Betätigungseinrichtung 544 verbunden. Die Betätigungseinrichtung 544 muß die Schwenktüranordnung 530 über etwa 90º hinweg zwischen der offenen und geschlossenen Lage schwenken. Wie unten beschrieben, kann eine Betätigungseinrichtung mit verhältnismäßig geringer Kraft benutzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Betätigungseinrichtung 544 einen Drehbetätiger des Typs R11A auf, der durch die PHD Inc. hergestellt ist. Es kann aber auch jede Betätigungseinrichtung mit der geforderten Kraft und Geschwindigkeit benutzt werden. Die Betätigungseinrichtung 544 öffnet und schließt Ventiltüren in Abhängigkeit von einem Störsignal aus dem Regler 92. Die Schwenktüranordnung 530 umfaßt ferner eine Dichtungseinlage 550 in Form einer federnden Bahn, die gegen den Steg 526 des Ventilsitzes 520 anliegt und eine Dichtung bildet, wenn die Ventiltür geschlossen ist. Eine Spreizeinrichtung 552 übt eine Zugspannung auf die Dichtungseinlage 550 aus und hält sie flach, und zwar mindestens in dem Bereich, in dem die Dichtungseinlage 550 den Steg 526 des Ventilsitzes 520 berührt. Bevorzugt kann die Spreizeinrichtung 552 so eingestellt werden, daß sich der Zug ändert, der auf die Dichtungseinlage 550 aufgebracht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 16 dargestellt ist, liegt die Dichtungseinlage 550 in Form eines länglichen Schlauches vor, und die Spreizeinrichtung 552 ist innerhalb der schlauchförmigen Dichtungseinlage 550 angeordnet. Sowohl die schlauchförmige Dichtungseinlage 550 als auch die Spreizeinrichtung 552 erstrecken sich über die gesamten Längen der Öffnung 502. Die schlauchförmige Dichtungseinlagenausbildung vermeidet irgendwelche Schwierigkeiten beim Befestigen der Dichtungseinlage an den Seiten der Spreizeinrichtung. Die Spreizeinrichtung 552 ist bevorzugt ein Kanal mit einem etwa U- oder V-förmigen Querschnitt. Der Kanal hat nach außen erweiterte, gegenüberliegende Seiten 554 und 556. Der Kanal ist bevorzugt aus Blech hergestellt, um für Steifigkeit zu sorgen, aber bei Aufbringung einer ausreichenden Kraft dennoch verformbar zu sein. Die Spreizeinrichtung 552 und die schlauchförmige Dichtungseinlage 550 sind in einem länglichen Kanal 560 im Schwenktürkörper 532 angeordnet und sind im Kanal 560 durch sich einwärts erstreckende Lippen 562 und 564 auf der offenen Seite des Kanals 560 gehalten.
Bevorzugt ist der Zug, der auf die Dichtungseinlage 550 ausgeübt wird, einstellbar. In der Ausführungsform der Fig. 16 wird der Zug durch Verformen der Spreizeinrichtung 552 eingestellt. Die Spreizeinrichtung 552 wird durch Einstellschrauben 570 verformt. Die Einstellschrauben 570 werden durch die Schwenktüranordnung 532 eingeschraubt und berühren die Rückseite der Spreizeinrichtung 552. Durch Vorwärtsbewegen der Einstellschrauben 570 zum Ventilsitz 520 hin werden die Seiten 554 und 556 der Spreizeinrichtung 552 in höherem Maße nach außen ausgeweitet, wodurch der Zug erhöht wird, der auf die Dichtungseinlage 550 ausgeübt wird. Umgekehrt wird der aufgebrachte Zug durch Zurückziehen der Einstellschrauben 570 in einer Richtung vom Ventilsitz 520 weg verringert. Die Dichtungseinlage 550 muß ausreichend unter Zugspannung gesetzt werden, um sicherzustellen, daß sie eben ist und sich in zuverlässiger Berührung mit dem Steg 526 des Ventilsitzes 520 rund um den gesamten Umfang der Öffnung 502 befindet, wenn die Ventiltür geschlossen wird. Bevorzugt sind mehrere Einstellschrauben 570 mit Abstand längs der Länge der Spreizeinrichtung 552 angeordnet, um sicherzustellen, daß ein nahezu gleichförmiger Zug auf die Dichtungseinlage 550 über ihre Fläche hinweg aufgebracht wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Spreizeinrichtung eine Vielfalt von Ausbildungen haben kann oder daß die Spreizeinrichtung von der Ventiltür weggelassen werden kann, vorausgesetzt, daß die Dichtungseinlage 550 am Schwenktürkörper 532 so angebracht ist, daß sie zuverlässig den Ventilsitz 520 um den Umfang der Öffnung 502 herum berührt, wenn die Ventiltür sich in der geschlossenen Lage befindet. Beispielsweise kann die Spreizeinrichtung in Form eines Kanals vorliegen, der einen kontinuierlich gekrümmten Querschnitt aufweist. Ferner kann die Spreizeinrichtung 552 durch irgendeinen geeigneten Einstellmechanismus eingestellt werden. Das Material der Dichtungseinlage 550 muß eine Endbearbeitung mit guter Oberflächenqualität haben, muß elastisch sein und muß frei von Poren sein. Zusätzlich sollte das Material eine verhältnismäßig niedrige Durometer-Härte aufweisen, bevorzugt 75 oder weniger. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtungseinlage 550 aus Viton (eingetragenes Warenzeichen) hergestellt, einem Fluorelastomer auf der Grundlage des Copolymers aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen. Die bevorzugte Dicke liegt im Bereich von 0,050 cm bis 0,180 cm.
Die obere Kante des Steges 526, die die Dichtungseinlage 550 berührt, sollte scharf sein, um eine ausreichende Dichtungskraft zu erzielen, aber nicht so scharf, daß in die Dichtungseinlage eingeschnitten wird. Bevorzugt ist die obere Kante des Steges 526 mit einem Radius von etwa 0,12 bis 0,25 mm hergestellt. Es wird darauf hingewiesen, daß der Ventilsitz 520 jede Ausbildung aufweisen kann, die bei der Dichtungseinlage 550 für eine zuverlässige, vakuumdichte Abdichtung sorgt.
Wie oben vermerkt, ist die Ventiltür so angebracht, daß die Vakuumseite 510 der Vakuumkammer mit niedrigem Druck zugewandt ist. Beispielsweise und unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist die Ventiltür 40 so angebracht, daß die Vakuumseite 510 der Pufferkammer 24 zugewandt ist. Wenn die Beladeschleuse 26 zur Umgebung hin geöffnet wird, dann versetzen die Umgebungsluftdrücke die Dichtungseinlage 550 in eine höhere dichtende Druckberührung mit dem Steg 526 des Ventilsitzes 520, so daß für eine zuverlässige Vakuumabdichtung gesorgt wird. Da der Umgebungsdruck (oder ein anderer Druck, der im Verhältnis zur Vakuumseite der Ventiltür hoch ist) zum Aufrechterhalten der Vakuumabdichtung beiträgt, ist nur eine geringe mechanische Kraft für die Betätigung der Ventiltür und zum Aufrechterhalten der Abdichtung in der geschlossenen Lage erforderlich. Dies gilt besonders dort, wo die Betätigungseinrichtung 544 für das Gatterventil am einen Ende eines langen Schlitzes angeordnet ist. Bei Ventilen, in denen die Dichtungskraft nicht durch den Umgebungsdruck erhöht wird, ist es schwierig, eine gleichförmige Abdichtkraft längs der Längenerstreckung der Ventiltür sicherzustellen, ausgenommen, man benutzt einen sperrigen Ventilaufbau und eine größere und teurere Betätigungseinrichtung. Bei der vorliegenden Ventiltür erhöht indessen der Differenzdruck zwischen der Hochdruckseite 512 und der Vakuumseite 510 des Ventilgehäuses 500 den Dichtungsdruck und trägt zum Aufrechterhalten der Vakuumdichtung bei. In einer Situation, in der die Ventiltür verwendet ist, um zwei Vakuumkammern zu isolieren, haben beide verhältnismäßig niedrigen Druck, wie etwa das Isolieren der Pufferkammer 24 und einer der Bearbeitungskammern, so daß der Umgebungsdruck nicht zum Aufrechterhalten der Vakuumabdichtung beiträgt. In dieser Situation ist jedoch irgendein Leck verhältnismäßig unwesentlich, solange es nicht eine große Fläche aufweist.
Die Vakuum-Ventiltür, die in den Fig. 14-16 gezeigt und oben beschrieben ist, hat eine Betätigungszeit von etwa 0,5-0,7 Sekunden. Die Ventiltür dichtet zuverlässig mit einer verhältnismäßig niedrigen mechanischen Kraft und hat eine lange Betriebslebensdauer.

Claims

1. Vakuum-Bearbeitungssystem mit den folgenden Merkmalen:

eine Beladeschleuse (26) zum Einladen von Substraten in das System;

eine Mehrzahl von Bearbeitungskammern (10, 20) zum Verarbeiten der Substrate;

eine Entladeschleuse (28) zum Entladen der Substrate aus dem System;

eine zentrale Pufferkammer (24), die mit der Beladeschleuse, jeder der Bearbeitungskammern und die Entladeschleuse durch Ventiltüren gekoppelt ist, wobei die Pufferkammer einen Drehtisch (70) enthält, der um eine vertikale Achse drehbar ist:

Mittel (43-49), um die Beladeschleuse, die Bearbeitungskammern, die Entladeschleuse und die zentrale Pufferkammer auf ein Vakuum abzupumpen:

Drehmittel zum Drehen des Drehtisches um die vertikale Achse:

zwei oder mehr Substratträger (64), von denen jeder ein Substrat in vertikaler Ausrichtung trägt, während es innerhalb des Systems gefördert wird, und von denen jeder das Substrat in vertikaler Ausrichtung in einer ausgewählten der Bearbeitungskammern unabhängig vom Drehtisch und von der Pufferkammer trägt, wenn das Substrat bearbeitet wird;

Fördermittel (110, 112) zum Fördern der Substratträger in horizontaler Richtung zu der Beladeschleuse und zum Drehtisch sowie zwischen diesen, zum Drehtisch und zur ausgewählten Bearbeitungskammer sowie zwischen diesen, sowie zum Drehtisch und zur Entladeschleuse sowie zwischen diesen; und

Steuermittel (92) zum Steuern der Drehmittel und der Fördermittel so, daß jeder der Substratträger einem ausgewählten Weg durch das System folgt, wodurch zwei oder mehr Substrate durch das System gefördert und gleichzeitig und unabhängig bearbeitet werden können.

2. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 1, worin der Drehtisch erste und zweite Substratträgerpositionen (74, 76) aufweist, die jeweils von der vertikalen Achse des Drehtisches um einen Abstand D beabstandet sind, und worin die Fördermittel Mittel zum Bewegen der Substratträger zwischen der Beladeschleuse und den Substratträgerpositionen auf dem Drehtisch umfaßt.

3. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 2, worin die Fördermittel ferner Mittel zum Bewegen der Substratträger zwischen der ersten und zweiten Substratträgerposition auf dem Drehtisch und den Bearbeitungskammern umfaßt.

4. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 3, worin die Fördermittel ferner Mittel zum Bewegen der Substratträger zwischen der ersten und zweiten Substratträgerposition auf dem Drehtisch und der Entladeschleuse umfassen.

5. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 4, worin die Bearbeitungskammern paarweise rund um die Pufferkammer gruppiert sind, und worin jede der Bearbeitungskammern eine Substrat-Bearbeitungsposition aufweist, die auf einer geraden Linie liegt, die zur vertikalen Drehachse des Drehtischs um den Abstand D beabstandet ist.

6. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 1, worin die Beladeschleuse eine Tür (80) mit einem Substrathalter (82) umfaßt, und worin die Beladeschleuse ferner Mittel zum Überführen des Substrats vom Substrathalter zu einem der Substratträger umfaßt, nachdem die Tür geschlossen wurde und die Beladeschleuse evakuiert wurde, so daß die Substratträger während des Betriebs des Systems ständig bei hohem Vakuum verbleiben.

7. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 6, worin die Steuermittel Mittel umfassen, um es den Fördermitteln zu ermöglichen, den einen der Substratträger in die Beladeschleuse zum Empfang des Substrates nur dann zu fördern, wenn die Beladeschleuse evakuiert ist.

8. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 1, worin die Entladeschleuse (28) eine Tür (86) umfaßt, die einen Substrathalter aufweist, und worin die Entladeschleuse ferner Mittel aufweist, um das Substrat von einem der Substratträger auf den Substrathalter zu überführen, bevor die Entladeschleuse belüftet wird, so daß die Substratträger ständig während des Betriebs des Systems bei hohem Vakuum verbleiben.

9. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 8, worin die Steuermittel Mittel umfassen, um es den Fördermitteln zu ermöglichen, den einen der Substratträger von der Entladeschleuse zur Pufferkammer zu fördern, bevor die Entladeschleuse zum Entfernen des Substrats belüftet wird.

10. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 1, worin jeder der Substratträger Mittel (.102. 104) aufweist, um ein rechteckiges Glassubstrat in vertikaler Ausrichtung zu halten, wobei seine Kanten um etwa 45º bezüglich der Horizontalen verlaufen.

11. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 1, worin sechs der Bearbeitungskammern rund um die Pufferkammer angeordnet sind und worin sechs der Substratträger verwendet sind, um Substrate innerhalb des Systems zu fördern.

12. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 11, worin die

Bearbeitungskammern eine oder mehr Aufsprühkammern und eine oder mehr Vorheizkammern umfassen.

13. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 1, worin die Fördermittel (110, 112) eine Vielzahl von Rollen (116) sowie Mittel (120, 122) zum Drehen der Rollen umfassen.

14. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 13, worin die Rollen unter dem Substrat angeordnet sind, um die Kontaminierung des Substrats durch Partikel zu verhindern.

15. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 1, worin der Drehtisch eine erste und zweite Substratträgerposition umfaßt, die zu vertikalen Drehachse des Drehtischs um den Abstand D gleich beabstandet sind.

16. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 15, worin jede der Bearbeitungskammern eine Substratbearbeitungsposition aufweist, die längs einer geraden Linie angeordnet ist, die zur vertikalen Drehachse des Drehtischs um den Abstand D beabstandet ist, so daß die Substratträger längs der geraden Linie zwischen der ersten und zweiten Substratträger-Position auf dem Drehtisch und der Substratbearbeitungsposition bewegt werden können.

17. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 1, worin jeder der Substratträger eine Platte mit einer ersten und zweiten Oberkante aufweist, die sich rechtwinklig schneiden, wobei die erste und zweite Oberkante jeweils eine Nut zur Aufnahme des Substrats aufweisen.

18. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 17, worin die Fördermittel eine Vielzahl von Rollen aufweisen, auf welchen die Platte ruht, sowie Mittel zum Drehen der Rollen, um die Platte zu fördern.

19. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 18, worin die Fördermittel ferner Führungsräder aufweisen, die gegen Seiten der Platte anschlagen und die Platte in vertikaler Ausrichtung halten, wenn sie durch das System gefördert wird.

20. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 1, worin die Beladeschleuse und die Entladeschleuse jeweils die folgenden Merkmale aufweisen:

ein Gehäuse, das eine Schleusenkammer festlegt;

eine Träger-Förderanordnung zum Fördern eines Substratträgers (64) zur Schleusenkammer und zur zentralen Pufferkammer sowie zwischen diesen;

eine Türanordnung (406) mit einer Tür (416), einen Substrattragearm (420) und einen Überführungsmechanismus zum Überführen eines Substrats auf den Tragearm und den Substratträger sowie zwischen diesen; und

einen Linearantriebsmechanismus (407) zum linearen Bewegen der Türanordnung zwischen einer offenen Lage zum Überführen eines Substrats auf den Tragarm oder von diesem und einer geschlossenen Lage zum Überführen des Substrats auf den Tragearm und den Substratträger sowie zwischen diesen.

21. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 20, worin der Überführungsmechanismus einen beweglichen Schlitten (462) aufweist, an dem der Substrattragearm starr angebracht ist, einen Antriebsmotor (460) und eine Nockenkoppelung, die zwischen dem Antriebsmotor und dem beweglichen Schlitten angekoppelt ist, um den Schlitten und den Substrattragearm längs eines vorgeschriebenen Weges zu bewegen.

22. Vakuum-Bearbeitungssystem, wie umrissen in Anspruch 21, worin der vorgeschriebene Weg ein erstes Segment umfaßt, in dem sich der Tragearm zum Substratträger bewegt, ein zweites Segment, worin sich der Tragearm vertikal bewegt, um das Substrat anzuheben oder abzusenken, und ein drittes Segment, um den Tragearm vom Substratträger wegzubewegen.

23. Verfahren zum Handhaben von Substraten in einem Vakuum-Bearbeitungssystem, mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellen eines Vakuum-Bearbeitungssystems, das eine zentrale Pufferkammer, eine Beladeschleuse, eine Entladeschleuse, zwei oder mehr Bearbeitungskammern, die rund um die Pufferkammer angeordnet und mit der Pufferkammer gekoppelt sind, und zwei oder mehr Substratträger umfaßt, um die Substrate innerhalb des Systems zu fördern, wobei jeder der Substratträger ein Substrat in vertikaler Ausrichtung trägt, wenn er innerhalb des Systems gefördert wird;

b) Einladen des Substrats in die Beladeschleuse und evakuieren der Beladeschleuse;

c) Überführen des Substrats auf einen der Substratträger;

d) Fördern des Substrats und des Substratträgers von der Beladeschleuse auf einen Drehtisch in der Pufferkammer;

e) Drehen des Drehtischs um eine vertikale Drehachse bis in Ausrichtung auf eine ausgewählte Bearbeitungskammer der Bearbeitungskammern;

f) Fördern des Substrats und des Substratträgers in horizontaler Richtung vom Drehtisch in die ausgewählte Bearbeitungskammer;

g) Bearbeiten des Substrats in der ausgewählten Bearbeitungskammer, wobei der Substratträger das Substrat in vertikaler Ausrichtung innerhalb der Bearbeitungskammer unabhängig vom Drehtisch und von der Pufferkammer trägt;

h) Fördern des Substrats und des Substratträgers in horizontaler Richtung aus der ausgewählten Bearbeitungskammer auf den Drehtisch;

i) Drehen des Drehtischs bis in Ausrichtung auf die Entladeschleuse;

j) Fördern des Substrats und des Substratträgers vom Drehtisch auf die Entladeschleuse;

k) Überführen des Substrats vom Substratträger zur Entladeschleuse;

l) Fördern des Substratträgers aus der Entladeschleuse auf den Drehtisch in der zentralen Pufferkammer;

m) Belüften der Entladeschleuse und Entfernen des Substrats aus der Entladeschleuse; und

n) Wiederholen der Schritte b) bis m) für zwei oder mehr Substrate in mehrfach genutzter Zeit, so daß die zwei oder mehr Substrate gleichzeitig vom System bearbeitet werden.

24. Verfahren zum Handhaben von Substraten, wie umrissen in Anspruch 23, ferner mit der Wiederholung der Schritte e) bis h) für zwei oder mehr Bearbeitungskammern.

25. Verfahren zum Handhaben von Substraten, wie umrissen in Anspruch 24, ferner mit dem Schritt, eine erste und zweite Substratträgerposition auf dem Drehtisch vorzusehen, wobei die erste und zweite Trägerposition zur vertikalen Drehachse des Drehtischs um den Abstand D gleich beabstandet sind.