WO2013098365A1 - Vorrichtung und verfahren zur substratbehandlung in einem batch-prozess - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur substratbehandlung in einem batch-prozess Download PDF

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WO2013098365A1
WO2013098365A1 PCT/EP2012/077009 EP2012077009W WO2013098365A1 WO 2013098365 A1 WO2013098365 A1 WO 2013098365A1 EP 2012077009 W EP2012077009 W EP 2012077009W WO 2013098365 A1 WO2013098365 A1 WO 2013098365A1
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substrates
process chamber
chamber
lock chamber
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PCT/EP2012/077009
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Michael Hentschel
Hubertus Von Der Waydbrink
Andreas Dassler
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Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/67754—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber horizontal transfer of a batch of workpieces
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4587—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially vertically
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating

Definitions

  • the invention relates to a device for
  • the invention further relates to a method for
  • Substrate treatment in a batch process comprising:
  • a batch process i. a batch-oriented process, is characterized in that a plurality of
  • Substrate treatment a substrate treatment plant
  • Substrate treatment plants for a batch process usually have more compact external dimensions, wherein the introduction and removal of the substrates usually in spatial proximity to each other, often by the same lock, while
  • Substrate treatment plants for an in-line process are often very elongated because they have a linear array of interconnected chambers, the
  • both the batch process and the in-line process can be performed under vacuum conditions
  • Treatment facility inline processes are designed to allow treatment in the process chamber to be dynamic, i. with a relative speed between substrate and treatment device.
  • Substrate processing equipment operating in-line usually has higher productivity since during substrate loading and unloading, other substrates
  • Thin film solar modules is that they are not based on rigid, i. rigid, substrates are dependent. So CIGS introduces a technology for the production of
  • CIGS Thin-film solar modules.
  • CIGS stands for the elements copper, indium, gallium, sulfur and selenium (English, copper, indium, gallium, sulfur, and selenium). In the application are different
  • Substrate transport speed i. a constant
  • Substrate transport device relative to a
  • Treatment device for these substrates on. This can lead to an optimization of the treatment process that some treatment steps of the
  • Substrate treatment process must be repeated. This is required for example in the production
  • Circumstances treatment facilities must be maintained several times along the substrate treatment system of the inline process. As a result, a substrate treatment plant of the inline process is longer and therefore takes more
  • the invention is therefore based on the object, a
  • the object underlying the invention is achieved by a device for substrate treatment in a batch process of independent claim 1 and a method for
  • a device for substrate treatment in a batch process includes at least one Process chamber for coating substrates, at least one lock chamber for sluicing the substrates between
  • the lock chamber can be connected to the process chamber via a valve. Furthermore, the device comprises a through the process chamber and the lock chamber extending, in the effective range of the valve selectively connectable and separable
  • Substrate transport device The substrates are lined up and interconnected
  • the device is suitable for the treatment of plate-shaped substrates, for example in the standard size 24 inches by 60 inches.
  • at least one substrate preferably vertically, on a
  • Substrate carrier can be arranged.
  • a further substrate carrier train in a lock chamber can be equipped with substrates still to be treated and a further substrate carrier train in a further
  • the substrate transport device is designed as a suspension conveyor.
  • An overhead conveyor comprises a mounting rail with support elements arranged thereon. The support elements can be moved along the support rail and serve for the transport of substrate carriers arranged on the support elements.
  • the Substrate support is formed so that plate-shaped substrates can be arranged vertically to the substrate carriers and the substrate carrier are arranged with its upper end on the support element, that is, that the substrate carrier
  • the device for substrate treatment is thereby made particularly compact. Furthermore, it can be provided to arrange a guide rail, so that substrate carrier at its lower end with
  • Guide elements are movable in the guide rail.
  • a reciprocating movement for example in the form of a vibration, of the otherwise free lower end of a substrate carrier can thereby be prevented.
  • the substrate transport device of the process chamber as
  • Lock chamber is designed as a circular conveyor or linear conveyor.
  • a circular conveyor the support rail of the overhead conveyor along the periphery of a circle is arranged, while the support rail of the overhead conveyor is arranged in a linear conveyor along a straight line.
  • the substrate transport device of the lock chamber as a linear conveyor of the linear conveyor relative to the circular conveyor of the process chamber is arranged so that the Substratamizug can be passed tangentially from the linear conveyor in the circular conveyor.
  • a certain process pressure for example for a process that requires a very low process pressure in the form of a vacuum and / or a process temperature can be set within the process chamber, as is the case for example in a lock chamber, are process chamber and lock chamber by means of a valve optionally connectable to each other and separable from each other.
  • a valve optionally connectable to each other and separable from each other.
  • Circular conveyor is arranged in the circular ring. To close the valve, the substrate transport device is in
  • Effective range of the valve designed separable it can be provided that the support rail of the overhead conveyor is designed to be separable and movable in the effective range, so that it can be moved transversely to, for example, by a first movement
  • Movement in the longitudinal extension of the linear conveyor from the effective range of the valve is removable.
  • the support rail is made flexible formable, so that they by a deformation of the effective range of
  • Valve is removable.
  • Linear conveyor at least temporarily locked so that the support rail of the linear conveyor can be moved as a whole to separate the substrate transport device in the effective range of the valve.
  • Circular conveyor is that treatment facilities can also be arranged along the periphery of a circle, so that the Substratagizug during the
  • Treatment device is movable past. In contrast to an inline process, this otherwise eliminates the need for treatment equipment that is often required, for example in the form of magnetrons for coating substrates. To achieve the required layer thicknesses of
  • Substrate carrier pull example several times to one and
  • Circular conveyor is further that the accessibility to treatment facilities is significantly improved.
  • the accessibility can be further improved by the treatment facilities are designed to pivot about its vertical axis.
  • Substrate transport device as a circular conveyor is a particularly fast and uniform heating and cooling of the substrates to be treated possible. For this purpose can
  • the at least one process chamber comprises at least one heating device, whereby the
  • Process temperature can be increased. To lower the temperature within the process chamber may further be provided that the process chamber at least one
  • Cooling device comprises.
  • the at least one cooling device can be designed with or without blinds or panels.
  • the at least one cooling device comprises thermally stimulating cooling plates. To be able to design the device for substrate treatment with compact outer dimensions, it is expedient to
  • Substrate transport device of the lock chamber also form a circular conveyor.
  • the substrate transport device of the lock chamber also form a circular conveyor.
  • the length of the substrate carrier train is at most as long or shorter than the length of the linear conveyor and at most as long or shorter than the circumference of the circular conveyor.
  • lock chamber for example, a lock chamber for equipping the
  • the substrate transport device is designed to be separable at two sections of the circular conveyor of the process chamber.
  • Substrate transport devices of the lock chambers designed as a circular conveyor, the circular conveyor of the lock chamber are each a, to the circular conveyor of the
  • the loading of the substrate carrier in the lock chamber can be done manually or automatically. To automatic
  • Equipment can be provided, the arrangement of a charging robot.
  • a charging robot In a known solution as an overhead conveyor
  • Substrate carrier held by two support elements The
  • Substrate carriers are designed to receive plate-shaped substrates, aligned vertically during the transport of the substrates and have two at their upper edge
  • Connecting element is pivotally connected to a respective joint bearing of the two substrate carrier so that the
  • the connecting element is pivotally connected to a support element, which in the
  • Support rail is held. The two in this way, each with a connecting element of a substrate carrier connected support elements are interconnected by another
  • Connected connecting element which is hingedly connected at each of its ends with one of the two support members. If the substrate carrier train in a curved portion of a
  • Carrier rail of the substrate transport device moves into it, so follow the support elements of this curved contour, resulting in the alternating combination of fasteners and support elements through the articulated connections
  • the substrate carrier is rigid and therefore can not follow this deformation. This leads to a
  • compensation means are provided in known substrate transport devices of the type described.
  • a connecting element with a hinge point of the substrate carrier can be connected via a slot, so that a
  • Substrate transport device comprises at least one support rail and a plurality of held in the at least one support rail supporting elements, each substrate support is held by two supporting elements articulated and two successive substrate carrier a common
  • the support elements are not from the hinge points of
  • each support element carries a weight fraction of two adjacent substrate carriers.
  • Substrate carrier train would be needed.
  • each of the support elements with is hingedly connected to the connecting element.
  • Invention comprises a circular conveyor at least one
  • the driver for transporting the substrate carrier has. This allows the
  • Substrate carrier pull retracted in the circular conveyor and extended out of the circular conveyor and the relative movement between the substrate and treatment facilities are set, in which case only an electromechanical
  • the drivers can be designed so that they on supporting elements, at hinge points of substrate carriers or another position of the
  • Substrate carrier train intervene, as long as a force can be transferred to the Substrat kar. It can also be provided that pairs of carriers are arranged on the driving ring, wherein in each case a driver of the driver pair is suitable for transporting the
  • the support rail of a circular conveyor with driving ring with the driver ring is connectable, so that the support rail and the driver ring are driven synchronously.
  • Circular conveyor by means of the driving ring can the
  • Substrate carrier train are locked on the support rail of the circular conveyor, so that no relative movement between the Substratamizug and the mounting rail is possible. Due to the fact that the driving ring with the mounting rail of the
  • Circular conveyor is connectable, a relative movement between the arranged on the support rail
  • Substrate carrier train and the or the treatment facilities are set, but the wear of the
  • Supporting elements and the mounting rail can be substantially minimized and the substrates are exposed due to the lock on the rotatable support rail lower vibrations than when the Substrataniizug relative to
  • the substrate treatment includes a large number of
  • Treatment steps for example, these also require a large number of different treatment facilities, so that they are no longer in a single
  • Process chamber can be arranged according to the invention, a process chamber can be connected by means of another valve with at least one further process chamber.
  • the circular conveyor of the process chamber can be connected, for example, via a linear conveyor to the circular conveyor of the further process chamber, wherein the linear conveyor runs tangentially to these two circular conveyors.
  • Valve is the process chamber separable from the other process chamber, so that in them different process pressures and process temperatures can be adjusted without this having a disturbing effect on the other
  • Lock chamber can be provided that in the Lock chamber at least one cooling device is arranged. By cooling the substrates still in the at least one lock chamber, the productivity of the
  • Device for substrate treatment can be significantly increased because substrates can be removed from the Substratunication rather than if the at least one process chamber would have no cooling device.
  • a method for substrate treatment in a batch process comprising: introducing substrates arranged on substrate carriers from a lock chamber into a process chamber, treating the
  • Substrate carriers form a so-called substrate carrier train, its direction and speed for the individual
  • Method steps is changeable. This can be a
  • Treatment facilities of the process chamber can be adjusted.
  • the invention is based on
  • Fig. 1 shows a device according to the invention for
  • FIG. 2 is a schematic representation of the arrangement of a separate substrate transport device comprising a linear conveyor and a circular conveyor,
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the arrangement of an undivided substrate transport device, comprising a linear conveyor and a circular conveyor,
  • Fig. 4 is a schematic diagram of an inventive
  • Device comprising a lock chamber with linear conveyor and a process chamber with
  • Fig. 5 is a schematic diagram of an inventive
  • Device comprising a lock chamber with a circular conveyor and a process chamber with
  • Fig. 6 is a schematic diagram of an inventive
  • Device comprising two lock chambers, each with a circular conveyor and a process chamber with a circular conveyor,
  • Fig. 7 is a sectional view and a plan view (bottom) of a circular conveyor a
  • FIG. 7a is a detail view of the sectional view of Fig. 7,
  • Substrate treatment is arranged,
  • Fig. 10 as substrate carrier at the end of a
  • FIG. 13 shows a substrate transport device according to the invention and a substrate carrier train shown in a schematic diagram of a circular conveyor according to the invention
  • Fig. 14 is a plan view of an inventive
  • Fig. 15 is a detail view of an inventive
  • the first exemplary embodiment comprises a lock chamber 113 with a linear conveyor 12 and a process chamber 114 with a circular conveyor 18, wherein the lock chamber 113 communicates with the process chamber 114 via a
  • Valve 13 are connectable and the circular conveyor 18 and the linear conveyor 12 are connected to each other with the valve 13 open.
  • Substrate transport device of the first embodiment described which is preferably suitable for the transport of vertical plate-shaped substrates, wherein the substrates at a process pressure below the ambient pressure
  • the substrate transporting device comprises a linear conveyor and a circular conveyor, which with each other on a case by case basis
  • the circular conveyor comprises at least one drivable driving ring, the driver for
  • Transport of substrate carriers which can be brought into engagement with provided on the linear conveyor substrate carriers.
  • Substrate carrier train suitable for one
  • Substrate transport device at least one support rail, a plurality of in the at least one support rail
  • Substrate carrier wherein each support member on both sides with one of two in the direction of the support rail
  • Fig. 5 is a second embodiment of Device according to the invention is described, which is based on the first embodiment.
  • the second comprises
  • the device according to the invention comprises two lock chambers and a process chamber, wherein both the lock chambers and the process chamber each comprise a circular conveyor.
  • the proposed method can be applied to a device, which is shown by way of example in FIG.
  • the lock chamber 113 is in the apparatus of FIG. 1 about 8 m long, but their outer walls are not shown, since they otherwise the view of the arrangement of
  • This process step can be done manually or with the help of a charging robot in atmosphere.
  • Lock chamber 113 to a respective substrate carrier 16 by means of glasses or individual brackets.
  • twelve substrate carriers 16 are attached to a linear conveyor 12 and, like links of a chain, are connected to one another
  • Substrate carrier train connected.
  • the Substrataniiyak can be moved in any direction, making this the
  • Infiltration and for discharging the substrates 11 in and out of the process chamber 114 can be used.
  • the lock chamber 113 is closed and evacuated.
  • a valve 13 is opened and the substrate carrier train moves, after the linear switch 110 passing through the valve 13 has been closed, enter the process chamber 114.
  • FIG. 2 shows the still closed valve 23 with separate linear switch 210th
  • a switch 17 is set so that it allows the retraction of the Substratunkars in the circular conveyor 18.
  • the length of the Substratuniques is at most as long as or slightly shorter than the circumference of the circular conveyor 18th
  • Circular conveyor 18 is retracted stops this transport. 6.
  • Process-relevant environmental conditions such as process vacuum and process temperature produced.
  • the substrate carrier train is used together with the
  • Circular conveyor 18 brought into rotation, driven by an electromechanical drive 112.
  • the coating process can take place after reaching the
  • Treatment device e.g. in the form of a magnetron 15.
  • a magnetron 15 e.g. in the form of a magnetron 15.
  • each substrate 11 In the lock chamber 113 of the device is behind each substrate 11 and each substrate carrier 16 is a cooling plate 19 of a cooling device, not shown.
  • the immediate proximity and coverage of the entire substrate surface with the cooling plates 19 allows a swift and
  • the magnetrons 15 can be pivoted in the embodiment 90 ° vertically, the circular arrangement offers the operator a little more space for maintenance and
  • the exemplary device according to FIG. 1 offers the possibility of being integrated into an "in-line chaining."
  • a second diverter 17a (not shown) and a second valve 13a with a second linear diverter 110 (not shown) are connected to another Place of
  • Circular conveyor 18 arranged. This will be the
  • Process chamber 114 connected to another process chamber, not shown, connectable.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the invention
  • Circular conveyor 48 Unlike the illustration in FIG. 1 are the walls of the lock chamber 413 and the
  • Process chamber 414 shown, wherein the walls, which close the process chamber 414 upwards, are also not shown, so that the view into the interior of
  • Process chamber 414 is free.
  • a total of nine magnetrons 45 are circular, i. lying on the periphery of a circle, arranged.
  • a total of nine magnetrons 45 are circular, i. lying on the periphery of a circle, arranged.
  • Lock chamber 413 four closable openings 415 are arranged, through which the substrates 41 from the
  • Substrate carriers 46 of the substrate carrier train manually or by means of a loading robot of the lock chamber 413
  • Embodiment of the device according to the invention in the form of a so-called “dual boxcoater” shown schematically in Fig. 5.
  • This embodiment comprises a process chamber 514 for
  • substrates 51 and a lock chamber 513 for feeding and discharging substrates 51 in and out of the process chamber 514.
  • Each substrate 51 is disposed on a substrate carrier, wherein the substrate carriers are connected as members of a chain to one another to a Substratacizug.
  • twelve substrate carriers form a substrate carrier train.
  • the number of substrate carriers may vary with the size of the
  • Both the lock chamber 513 and the process chamber 514 are by means not shown
  • Evacuating evacuable, the process chamber 514 also by means not shown heating devices heated and the lock chamber by means of a cooling device, not shown, cooled.
  • Both the lock chamber 513 and the process chamber 514 each have a substrate transport device, which is designed as a circular conveyor 58.
  • the lock chamber 513 can be connected to the process chamber 514.
  • Substrate 51 a substrate tray 518 supplied.
  • Substrate tray 518 is within the effective range of one
  • the Charging Robot 516 can be single
  • the substrates 51 can also be loaded and unloaded manually.
  • the lock chamber 513 with a
  • a total of nine treatment devices in the form of magnetrons 515 are provided on the outside of the process chamber 514
  • Rotational movement of the Substratuniques be moved past what the inventive device has a drive, not shown.
  • Other process parameters are adjustable by changing the direction and, if necessary, the speed of the substrate carrier train.
  • the loading robot 516 can remove individual substrates 51 from a substrate carrier in the lock chamber 513 and deposit them on a further substrate tray 518a.
  • Substrate tray 518a the substrates 51 can be removed by means of a Substratabloom owned 517a of the device according to the invention for substrate treatment.
  • Embodiment of the device according to the invention in the form of a so-called "triplex boxcoater" in Fig. 6 shown schematically.
  • This embodiment comprises a process chamber 614 for
  • Lock chamber 613 each suitable for the introduction and removal of substrates in and out of the process chamber 614.
  • the lock chambers 613 are each pressure-tight with respect to the atmosphere by means of a respective lock door 615
  • Both the process chamber 614 and the lock chambers 613 have a trained as a circular conveyor 68
  • each lock chamber 613 is separate with the
  • Process chamber 614 connectable.
  • the circular conveyors 68 of the lock chambers 613 are each connected to the circular conveyor 68 of the process chamber 614 via an in
  • Embodiment a substrate transport device.
  • Circular conveyor 68 connected to a straight line, so that there is a linear arrangement of the lock chambers 613 and the process chamber 614.
  • two substrate carrier trains are arranged one behind the other and can be moved independently of one another. While substrates arranged on a substrate carrier train are processed in the process chamber 614, another substrate carrier train may be in one
  • Locking chamber 613 discharged from substrates and then be loaded again with substrates to be treated. The manually or automatically running unloading and
  • Loading can in this case take place such that initially an already treated substrate is removed from a substrate carrier and then a substrate to be treated is loaded into the same substrate carrier. After completion of the
  • Lock chamber 613 transports and unloaded there from substrates and loaded with substrates to be treated, while loaded with still to be treated substrates
  • the device according to the invention can be substantially increased.
  • FIG. 7 shows a sectional view and a plan view (bottom) of a circular conveyor of a substrate transporting device of the substrate treatment apparatus of the first embodiment according to the present invention.
  • the circular conveyor shown in Fig. 7 is suitable for the transport of substrate carriers 75, which are suitable for Transport of not shown vertically arranged on the substrate carriers 75 plate-shaped substrates, wherein a plurality of substrate carriers 75 are connected as members of a chain with each other to a Substrataniizug.
  • the substrate carriers 75 are hinged to two each
  • Carrying elements 76 are arranged, wherein the substrate carrier 75 in the upper region of the circular conveyor, according to the
  • Circular conveyor according to the sectional view of Fig. 7, are guided by guide elements 714 in a guide rail 78.
  • the support rail 73 is suitable for receiving the weight of the support members 76 with the thereto
  • the guide rail 78 is adapted to the substrates and the substrate carrier 75 by means of
  • the circular conveyor comprises in the region of the mounting rail 73 of the sectional view of Fig. 7, a first rotary joint 71 and a second rotary joint 72.
  • a rotary joint 71, 72 is a, mostly of two annular elements
  • the first rotary joint 71 is attached with its outer ring to the supporting structure of a lock chamber or process chamber, not shown. On the inner ring of the first rotary joint 71, both the outer ring of the second rotary joint 72 of the as also attached to the circular support rail 73.
  • the inner ring of the second rotary joint 72 is provided with an internal toothing. Via the drive shaft with pinion 713, the inner ring of the second rotary joint 72 is driven.
  • hook-shaped driver of the driver ring 74 are suitable for transporting the substrate carrier 75th
  • Substrate carrier train on the circular support rail 73 of the circular conveyor are the substrate carrier 75 by means of
  • Linear conveyor arranged.
  • the support rail 77 is shown in the plan view of Fig. 7 only partially.
  • the support rail 73 is locked with the locking pin 712.
  • Guide rail 78 is attached with its outer ring to the supporting structure of a lock chamber or process chamber, not shown.
  • the inner ring of the third rotary joint 715 in the lower region is provided with an internal toothing. Via a further drive shaft with pinion 713, the inner ring of the third rotary joint 715 is driven.
  • Region of the sectional view of Fig. 7 are synchronous
  • FIG 8 shows a perspective view of the transfer / transfer of a substrate carrier from the linear conveyor to the circular conveyor of the substrate transport device.
  • Support rail 83 aligned and with the circular
  • Support rail 83 connected directly adjacent. For this purpose, a recess in the circular support rail 83
  • the substrate carrier 85 are pushed onto the mounting rail 83 until the front support element 86 of the first
  • Substrate carrier 85 of the substrate carrier train reaches a stop 811.
  • the stop 811 is lowered and arrests the substrate carrier train on the carrier rail 83, so that no relative movement of the substrate carrier train to the carrier rail 83 is possible.
  • the drive shaft with pinion 813, which engages in the second rotary joint 82, is synchronized with
  • Rotary joint 815 engages, driven. 9 shows a substrate carrier train which is completely in the circular conveyor of a substrate transport device of a device according to the invention for substrate treatment
  • the support rail 93 is freely rotatable.
  • the drive shaft with pinion 913 of the drive ring is driven with drivers 94.
  • the drivers transfer this drive force to substrate carrier 95 in a form-fitting manner, wherein in turn a substrate carrier 95 is positively connected via a carrier element 96 and by means of a stop 911 to the carrier rail 93, so that the carrier rail 93 rotates synchronously with the driver ring 94.
  • the guide rail 98 is synchronized with the driving ring 94th
  • Atmosphere side mechanically interconnected. Accordingly, there is no relative movement between
  • FIG. 10 shows how substrate carrier 1005 at the end of a
  • Substrate transport device be transferred back to a linear conveyor, the support rail 1007 of the
  • Linear conveyor is connected to the support rail 1003 of the circular conveyor.
  • the stop 1011 is removed, so that support elements 1006 are movable relative to the support rail 1003.
  • a locking pin 1012 By means of a locking pin 1012, the support rail 1003
  • the drive shaft with pinion 1013 is driven in the opposite direction as for transporting the substrate carrier 1005 into the mounting rail 1003 inside.
  • Drive shaft with pinion 1013 is the driving ring with
  • Support rail 1007 of the linear conveyor is transported.
  • the guide rail 1008 is driven in synchronism with the driving ring 1004.
  • FIGS. 11 to 15 show details of the configuration of one disposed on a substrate transport device
  • Substrate carrier train of a device according to the invention is a device according to the invention.
  • 11 and 12 show a substrate transport device and a substrate carrier train according to the prior art, but shown in a schematic representation of a
  • Circular conveyor 1108 according to the invention, in which each
  • Substrate support 1106 is held by two support members 1116 in the support rail 1103.
  • the substrate carriers 1106 are formed to receive plate-shaped substrates 1101 while transporting the substrates 1101 vertically
  • Two adjacent substrate carriers 1206 are connected by a
  • the connecting element 1219 is in each case one
  • Substrate carrier 1206, starting from the center of the substrate carrier 1206 toward the connecting element 1219 is pivotally connected to a support member 1216 which is held in the support rail. The two in this way with one each
  • connection support members 1216 are interconnected by a further connecting element 1219, which is pivotally connected at each of its ends with one of the two support members 1216. If now the substrate carrier train is moved into a curved section of a mounting rail of the substrate transport device, the support elements 1216 follow this curved contour, whereby the alternating combination of
  • the substrate carrier 1206, however, is rigid and therefore can not join in this deformation.
  • a connecting element 1219 may be connected to a hinge point 1217 of the substrate carrier 1206 via a slot 1221, so that a relative displacement to compensate for the difference in length 1220 is possible.
  • adjacent substrate carriers are also shifting 1206 towards each other, so that the undeformed, ie straight substrate carrier train, a greater distance between
  • adjacent substrate carriers 1206 must be provided as desired.
  • FIGs. 13, 14 and 15 show an inventive
  • a support member 1416 i. one held by the support rail 1307, which is not shown in Fig. 14, but held element, and at the same time with a hinge point 1417 of the two
  • Substrate carrier 1406 hingedly connected. The with the
  • Support rail 1307 operatively connected support members 1416 are not of the hinge points 1417 of
  • Substrate carrier 1406 aligned starting from the center of the substrate carrier 1406, but to the edge of the substrate support 1406, beyond which they are facing, wherein the support elements 1416 at its other end with a hinge point 1417 of
  • a support member 1416 carries a weight portion of two adjacent substrate carriers 1406, respectively.
  • each two Support members 1316 which are connected to the same substrate support 1306, a connecting element 1322 arranged and hinged to two support members 1316, so that the tensile force during transport of the Substratallyzuges of support member 1316 to support member 1316 not through the
  • the support members 1316 maintain their spacing even when no substrate carriers 1306 are attached thereto, so that the assembly with substrate carriers 1306 is much easier than without
  • the support elements 1516 shown in detail in FIG. 15 each have two horizontal axes 1523 with wheel pairs arranged thereon in order to support the weight of the substrate carriers 1506 in the mounting rail 1507
  • the structural arrangement of the support elements 1516 between successive substrate carriers 1506 allows both a straight-line transport of the substrates and a transport of the substrates on a curved support rail 1507, for example in a circular conveyor. A compensation of relative displacements is unnecessary, so that the movement of the substrate carrier train takes place more accurately, because the individual substrate carrier 1506 have no opportunity to dodge.
  • treatment device e.g. Magnetron 16 substrate carrier
  • treatment device e.g. magnetron

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Abstract

Die Erfindung betrifft und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Substratbehandlung in einem Batch-Prozess, wobei diesen die Aufgabe zugrunde liegt, die Substratbehandlung in einem Batch-Prozess dahingehend zu verbessern, dass mittels einer kompakten funktionell einfachen Vorrichtung zur Substratbehandlung, eine Großserienproduktion gesteigerter Produktivität ermöglicht wird. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Substratbehandlung in einem Batch-Prozess gelöst, wobei diese zumindest eine Prozesskammer zum Beschichten von Substraten, zumindest eine Schleusenkammer zum Schleusen der Substrate zwischen Schleusenkammer und Prozesskammer, wobei die Schleusenkammer über ein Ventil mit der Prozesskammer verbindbar ist, sowie eine sich durch die Prozesskammer und die Schleusenkammer erstreckende, im Wirkbereich des Ventils trennbare Substrattransporteinrichtung umfasst, wobei die Substrate an aneinandergereihten und miteinander verbundenen Substratträgern an der Substrattransporteinrichtung angeordnet sind. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Substratbehandlung in einem Batch-Prozess gelöst, wobei dieses folgende Verfahrensschritte umfasst, Einschleusen von an Substratträgern angeordneten Substraten aus einer Schleusenkammer in eine Prozesskammer, Behandeln der Substrate innerhalb der Prozesskammer sowie Ausschleusen der Substrate aus der Prozesskammer in eine Schleusenkammer, wobei die Substrate an aneinandergereihten und miteinander verbundenen Substratträgern gemeinsam eingeschleust, behandelt und ausgeschleust werden.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Substratbehandlung in einem
Batch-Prozess
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Substratbehandlung in einem Batch-Prozess.
Die Erfindung betrifft desweiteren ein Verfahren zur
Substratbehandlung in einem Batch-Prozess umfassend:
Einschleusen von an Substratträgern angeordneten Substraten aus einer Schleusenkammer in eine Prozesskammer, Behandeln der Substrate innerhalb der Prozesskammer sowie Ausschleusen der Substrate aus der Prozesskammer in eine Schleusenkammer.
Ein Batch-Prozess, d.h. ein Chargen-orientierter Prozess, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von
Substraten gruppiert in einer Vorrichtung zur
Substratbehandlung, eine Substratbehandlungsanlage,
eingebracht, darin mittels Behandlungseinrichtungen
behandelt, beispielsweise gereinigt und/oder beschichtet, und anschließend gruppiert aus der Substratbehandlungsanlage entnommen wird. Davon zu unterscheiden ist der Inline- Prozess, bei dem fortwährend Substrate nacheinander in die Substratbehandlungsanlage eingebracht, darin behandelt und anschließend ebenso fortwährend entnommen werden.
Substratbehandlungsanlagen für einen Batch-Prozess weisen meist kompaktere Außenmaße auf, wobei das Einbringen und das Entnehmen der Substrate meist in räumlicher Nähe zueinander, oftmals durch dieselbe Schleuse, erfolgt, während
Substratbehandlungsanlagen für einen Inline-Prozess oft sehr langgestreckt sind, weil sie eine lineare Anordnung von miteinander verbundenen Kammern aufweisen, wobei das
Einbringen und das Entnehmen der Substrate meist an
entgegengesetzten Enden der linearen Anordnung von Kammern erfolgt. Falls eine Behandlung der Substrate dies erforderlich machen sollte, können sowohl der Batch-Prozess als auch der Inline-Prozess unter Vakuumbedingungen
durchgeführt werden.
Während ein Batch-Prozesse darauf ausgerichtet ist, dass eine Behandlung in der Prozesskammer statisch, d.h. ohne eine Relativbewegung des Substrates gegenüber einer
Behandlungseinrichtung erfolgt, sind Inline-Prozesse darauf ausgerichtet, dass eine Behandlung in der Prozesskammer dynamisch erfolgt, d.h. mit einer Relativgeschwindigkeit zwischen Substrat und Behandlungseinrichtung. Im Inline- Prozess arbeitende Substratbehandlungsanlagen weisen meist eine höhere Produktivität auf, da während des Einbringens und des Entnehmens von Substraten, andere Substrate
behandelt werden können.
Von zunehmender Bedeutung sind u.a. auch Prozesse für die Herstellung von Solarzellen. Von traditionellen Solarzellen, d.h. kristallinen Solarzellen basierend auf Siliziumwafern, unterscheiden sich Dünnschichtsolarzellen vor allem durch ihren üblicherweise einfacheren Herstellungsprozess sowie die eingesetzten Materialen. Ein weiterer Vorteil der
Dünnschichtsolarmodule besteht darin, dass sie nicht auf rigide, d.h. starre, Substrate angewiesen sind. So stellt CIGS eine Technologie zur Herstellung von
Dünnschichtsolarmodulen dar. CIGS steht als Abkürzung für die dabei verwendeten Elemente Kupfer, Indium, Gallium, Schwefel und Selen (engl, copper, indium, gallium, sulfur, and selenium) . In der Anwendung werden verschiedene
Kombinationen dieser Elemente verwendet: Die wichtigsten Beispiele sind Cu(In,Ga)Se2 (Kupfer-Indium-Gallium- Diselenid) oder CuInS2 (Kupfer-Indium-Disulfid) . Im Inline-Prozess arbeitende Substratbehandlungsanlagen weisen regelmäßig eine konstante
Substrattransportgeschwindigkeit, d.h. eine konstante
Geschwindigkeit von Substraten auf einer
Substrattransporteinrichtung relativ zu einer
Behandlungseinrichtung für diese Substrate, auf. Hierdurch kann es auch nach einer Optimierung des Behandlungsprozesses dazu kommen, dass einige Behandlungsschritte des
Substratbehandlungsverfahrens wiederholt werden müssen. Dies ist beispielsweise bei der Herstellung erforderlicher
Mindestschichtdicken von Bedeutung, da hierbei unter
Umständen Behandlungseinrichtungen mehrfach entlang der Substratbehandlungsanlage des Inline-Prozesses vorgehalten werden müssen. Hierdurch wird eine Substratbehandlungsanlage des Inline-Prozesses länger und nimmt demnach mehr
Stellplatz der Produktionsstätte in Anspruch.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, welche die
Substratbehandlung dahingehend verbessern, dass mittels einer kompakten funktionell einfachen Vorrichtung zur
Substratbehandlung, eine Großserienproduktion gesteigerter Produktivität ermöglicht wird, wobei gleichzeitig die
Erzeugung relativ dicker Schichten oder/und komplexer
Schichtsysteme mit geringem Platzbedarf für die Anlage ermöglicht werden soll.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Substratbehandlung in einem Batch-Prozess des unabhängigen Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur
Substratbehandlung in einem Batch-Prozess des unabhängigen
Anspruchs 10 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
beschrieben . Es wird eine Vorrichtung zur Substratbehandlung in einem Batch-Prozess vorgeschlagen. Diese umfasst zumindest eine Prozesskammer zum Beschichten von Substraten, zumindest eine Schleusenkammer zum Schleusen der Substrate zwischen
Schleusenkammer und Prozesskammer. Die Schleusenkammer ist über ein Ventil mit der Prozesskammer verbindbar. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine sich durch die Prozesskammer und die Schleusenkammer erstreckende, im Wirkbereich des Ventils wahlweise verbindbare und trennbare
Substrattransporteinrichtung. Dabei sind die Substrate an aneinandergereihten und miteinander verbundenen
Substratträgern an der Substrattransporteinrichtung
angeordnet .
Durch Aneinanderreihung und Verbindung der Substratträger bilden diese einen sogenannten Substratträgerzug (Substrate Carrier Train, SCT) . Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Behandlung von plattenförmigen Substraten, beispielsweise in der Standardgröße 24 Zoll mal 60 Zoll, geeignet. Hierzu kann zumindest ein Substrat, vorzugweise vertikal, an einem
Substratträger angeordnet werden.
Vorteilhaft ist hierbei, dass während der Behandlung der Substrate eines Substratträgerzuges in einer Prozesskammer, ein weiterer Substratträgerzug in einer Schleusenkammer mit noch zu behandelnden Substraten bestückt werden kann und einem weiteren Substratträgerzug in einer weiteren
Schleusenkammer schon behandelte Substrate entnommen werden können. Hierdurch wird die Produktivität der Vorrichtung wesentlich gesteigert. Zweckmäßig ist es, wenn die Substrattransporteinrichtung als Hängeförderer ausgebildet ist. Ein Hängeförderer umfasst dabei eine Tragschiene mit daran angeordneten Tragelementen. Die Tragelemente können entlang der Tragschiene bewegt werden und dienen dem Transport von an den Tragelementen angeordneten Substratträgern. Vorzugsweise sind die Substratträger so ausgebildet, dass plattenförmige Substrate vertikal an den Substratträgern angeordnet werden können und die Substratträger mit ihrem oberen Ende am Tragelement angeordnet sind, d.h. dass die Substratträger an
Tragelementen hängen. Im Gegensatz zu einem liegenden
Transport der Substrate ist hierdurch die Vorrichtung zur Substratbehandlung besonders kompakt gestaltbar. Desweiteren kann vorgesehen sein, eine Führungsschiene anzuordnen, so dass Substratträger an ihrem unteren Ende mit
Führungselementen in der Führungsschiene bewegbar sind.
Erfindungsgemäß kann hierdurch eine Hin- und Herbewegung, beispielsweise in Form einer Schwingung, des sonst freien unteren Endes eines Substratträgers verhindert werden. So lässt sich das Substrat sicherer, d.h. beispielsweise ohne ein Anschlagen des Substratträgers an die die Prozesskammer oder Schleusenkammer begrenzenden Wände, und in
gleichbleibenden Abstand zu einer Behandlungseinrichtung durch die Substratbehandlungsanlage bewegen. Um die Vorrichtung zur Substratbehandlung mit kompakten
Außenmaßen gestalten zu können, ist es zweckmäßig, dass die Substrattransporteinrichtung der Prozesskammer als
Kreisförder und die Substrattransporteinrichtung der
Schleusenkammer als Kreisförderer oder Linearförderer ausgebildet ist. Bei einem Kreisförderer ist die Tragschiene des Hängeförderers entlang der Peripherie eines Kreises angeordnet, während die Tragschiene des Hängeförderers bei einem Linearförderer entlang einer Geraden angeordnet ist. Bei der Ausgestaltung der Substrattransporteinrichtung der Schleusenkammer als Linearförderer ist der Linearförderer gegenüber dem Kreisförderer der Prozesskammer so angeordnet, dass der Substratträgerzug tangential vom Linearförderer in den Kreisförderer geschleust werden kann. Damit innerhalb der Prozesskammer ein bestimmter Prozessdruck, beispielweise für einen Prozess, der einen sehr niedrigen Prozessdruck in Form eines Vakuums benötigt, und/oder eine Prozesstemperatur eingestellt werden kann, als dies beispielsweise in ein Schleusenkammer der Fall ist, sind Prozesskammer und Schleusenkammer mittels eines Ventils wahlweise miteinander verbindbar und voneinander trennbar. Um die benötigte Leistung zum Temperieren und/oder
Evakuieren von Volumen der Prozesskammer und/oder der
Schleusenkammer zu minimieren, ist es vorteilhaft, diese Volumen zu minimieren. Hierzu kann erfindungsgemäß
vorgesehen sein, die Prozesskammer und/oder die
Schleusenkammer, welche jeweils einen Kreisförderer
aufweisen, als Kreisringkammern, d.h. Kammern von
hohlzylindrischer Gestalt, ausgebildet sind, wobei der
Kreisförderer in dem Kreisring angeordnet ist. Zum Schließen des Ventils ist die Substrattransporteinrichtung im
Wirkbereich des Ventils trennbar ausgeführt. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Tragschiene des Hängeförderers im Wirkbereich trennbar und bewegbar ausgeführt ist, so dass sie beispielsweise durch eine erste Bewegung quer zur
Längserstreckung des Linearförderers und eine zweite
Bewegung in Längserstreckung des Linearförderers aus dem Wirkbereich des Ventils entfernbar ist. In einer anderen Ausgestaltung der Transporteinrichtung kann vorgesehen sein, dass die Tragschiene flexibel formbar ausgeführt ist, so dass sie durch eine Verformung aus dem Wirkbereich des
Ventils entfernbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Substratträgerzug auf der Tragschiene des
Linearförderers zumindest zeitweise arretiert, so dass die Tragschiene des Linearförderers als Ganzes bewegt werden kann um die Substrattransporteinrichtung im Wirkbereich des Ventils zu trennen. Besonders vorteilhaft an der Ausgestaltung der Substrattransporteinrichtung der Prozesskammer als
Kreisförderer ist, dass Behandlungseinrichtungen ebenfalls entlang der Peripherie eines Kreises angeordnet werden können, so dass der Substratträgerzug während der
Substratbehandlung mehrmals an ein und derselben
Behandlungseinrichtung vorbei bewegbar ist. Im Gegensatz zu einem Inline-Prozess , entfallen dadurch ansonsten eventuell mehrfach benötigte Behandlungseinrichtungen, beispielsweise in Form von Magnetrons zum Beschichten von Substraten. Zum Erreichen der erforderlichen Schichtdicken wird der
Substratträgerzug beispielseise mehrmals an ein und
demselben Magnetron vorbei bewegt.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung der
Substrattransporteinrichtung der Prozesskammer als
Kreisförderer ist weiterhin, dass die Zugänglichkeit zu Behandlungseinrichtungen wesentlich verbessert wird. Die Zugänglichkeit kann weiterhin verbessert werden, indem die Behandlungseinrichtungen um ihre vertikale Achse schwenkbar ausgebildet sind.
Durch die kompakte Ausgestaltung der
Substrattransporteinrichtung als Kreisförderer ist ein besonders schnelles und gleichmäßiges Aufheizen und Abkühlen der zu behandelnden Substrate möglich. Hierzu kann
vorgesehen sein, dass die zumindest eine Prozesskammer zumindest eine Heizeinrichtung umfasst, wodurch die
Prozesstemperatur gesteigert werden kann. Zum Senken der Temperatur innerhalb der Prozesskammer kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Prozesskammer zumindest eine
Kühleinrichtung umfasst. Die zumindest eine Kühleinrichtung kann mit oder ohne Jalousien oder Blenden ausgebildet sein. In einer anderen Ausgestaltung umfasst die zumindest eine Kühleinrichtung thermisch stimulierende Kühlbleche. Um die Vorrichtung zur Substratbehandlung mit kompakten Außenmaßen gestalten zu können, ist es zweckmäßig, die
Substrattransporteinrichtung der Schleusenkammer ebenfalls als Kreisförder auszubilden. In diesem Fall sind der
Kreisförderer der Schleusenkammer und der Kreisförderer der Prozesskammer über einen, zu beiden Kreisförderern
tangential verlaufenden, Linearförderer verbindbar. Dieser ist im Bereich des Ventils trennbar ausgestaltet. Die Länge des Substratträgerzuges ist höchstens so lang oder kürzer als die Länge des Linearförderers und höchstens so lang oder kürzer als der Umfang des Kreisförderers.
Um die Produktivität weiter zu erhöhen, kann erfindungsgemäß mehr als eine Schleusenkammer vorgesehen sein. Hierzu ist beispielsweise eine Schleusenkammer zum Bestücken des
Substratträgerzuges mit Substraten und dem Schleusen des Substratträgerzugs in die Prozesskammer mit der
Prozesskammer verbindbar ausgebildet, während eine weitere Schleusenkammer ebenfalls mit der Prozesskammer verbindbar ist, um Substratträgerzüge aus der Prozesskammer zu
schleusen und die Substrate vom Substratträgerzug zu
entnehmen. Hierzu ist die Substrattransporteinrichtung an zwei Abschnitten des Kreisförderers der Prozesskammer trennbar ausgebildet. Sind die
Substrattransporteinrichtungen der Schleusenkammern als Kreisförderer ausgebildet, so sind die Kreisförderer der Schleusenkammer jeweils über einen, zum Kreisförderer der Prozesskamer tangential verlaufenden, Linearförderer
verbindbar.
Das Bestücken der Substratträger in der Schleusenkammer kann manuell oder automatisch erfolgen. Zur automatischen
Bestückung kann die Anordnung eines Laderoboters vorgesehen sein. Bei einer bekannten Lösung einer als Hängeförderer
ausgebildeten Substrattransporteinrichtung wird jeder
Substratträger von zwei Tragelementen gehalten. Die
Substratträger sind zur Aufnahme plattenförmiger Substrate ausgebildet, während des Transportes der Substrate vertikal ausgerichtet und weisen an ihrer oberen Kante zwei
Gelenkpunkte auf. Zwei benachbarte Substratträger sind durch ein gemeinsames Verbindungselement miteinander verbunden. Das
Verbindungselement ist dabei mit je einem Gelenklager der beiden Substratträger gelenkig so verbunden, dass die
Substratträger gegeneinander um eine vertikale Achse
verdrehbar sind, damit der Substratträgerzug nicht nur einer geraden, sondern auch einer gekrümmten Tragschiene folgen kann. Vom Gelenkpunkt des Substratträgers ausgehend zur Mitte des Substratträgers hin, ist das Verbindungselement gelenkig mit einem Tragelement verbunden, das in der
Tragschiene gehalten ist. Die beiden auf diese Weise mit je einem Verbindungselement eines Substratträgers verbundenen Tragelemente sind untereinander durch ein weiteres
Verbindungselement verbunden, das mit jedem seiner Enden mit einem der beiden Tragelemente gelenkig verbunden ist. Wird der Substratträgerzug in einen gekrümmten Abschnitt einer
Tragschiene der Substrattransporteinrichtung hinein bewegt, so folgen die Tragelemente dieser gekrümmten Kontur, wodurch sich der abwechselnde Verbund von Verbindungselementen und Tragelementen durch deren gelenkige Verbindungen
untereinander zu einer polygonalen Ausrichtung verformt. Der Substratträger hingegen ist starr und kann daher dieser Verformung nicht folgen. Dadurch kommt es zu einer
Längendifferenz zwischen den beiden Gelenkpunkten eines Substratträgers einerseits und den diese beiden Gelenkpunkte verbindenden Verbindungs- und Tragelementen. Um diese Längendifferenz ausgleichen zu können, sind bei bekannten Substrattransporteinrichtungen der beschriebenen Art Ausgleichsmittel vorgesehen. Beispielweise kann ein Verbindungselement mit einem Gelenkpunkt des Substratträgers über ein Langloch verbunden sein, damit eine
Relativverschiebung zum Ausgleich der Längendifferenz möglich ist. Dadurch verschieben sich allerdings auch benachbarte Substratträger, d.h. bei Substratträgerzügen muss ein größerer Abstand zwischen Substratträgern
vorgesehen sein als erwünscht.
Zweckmäßig ist es daher, dass erfindungsgemäß die
Substrattransporteinrichtung mindestens eine Tragschiene und eine Mehrzahl von in der mindestens einen Tragschiene gehaltenen Tragelementen umfasst, wobei jeder Substratträger von je zwei Tragelementen gelenkig gehalten ist und je zwei aufeinanderfolgende Substratträger ein gemeinsames
Tragelement aufweisen.
Die Tragelemente sind nicht von den Gelenkpunkten der
Substratträger hin zur Mitte des Substratträgers
ausgerichtet, sondern zum Rand des Substratträgers, über den sie hinausweisen, wobei die Tragelemente an ihrem anderen Ende mit dem Gelenkpunkt des angrenzenden Substratträgers gelenkig verbunden ist. Demnach trägt jedes Tragelement einen Gewichtsanteil zweier angrenzender Substratträger. Für einen Substratträgerzug mit n Substratträgern werden
erfindungsgemäß nur n+1 Tragelemente benötigt, während bei der bekannten Lösung 2n Tragelemente für denselben
Substratträgerzug benötigt werden würden.
Zweckmäßig ist es, wenn jeweils zwei mit dem Substratträger verbundene Tragelemente über ein Verbindungselement
miteinander verbunden sind, wobei jedes der Tragelemente mit dem Verbindungselement gelenkig verbunden ist. So kann eine beim Transport des Substratträgerzuges von Tragelement zu Tragelement auftretende Zugkraft nicht allein durch den Substratträger, sondern auch durch das Verbindungselement übertagen werden. Darüber hinaus behalten die Tragelemente bei dieser Ausgestaltung ihren Abstand auch dann bei, wenn daran keine Substratträger angeordnet sind. Eine Bestückung des Substratträgerzuges mit Substratträgern wird hierdurch erfindungsgemäß wesentlich erleichtert.
In einer weiteren Ausgestaltung des Gegenstandes der
Erfindung umfasst ein Kreisförderer mindestens einen
antreibbaren Mitnehmerring, der Mitnehmer zum Transport der Substratträger aufweist. Hierdurch kann der
Substratträgerzug in den Kreisförderer eingefahren und aus dem Kreisförderer ausgefahren sowie die Relativbewegung zwischen Substrat und Behandlungseinrichtungen eingestellt werden, wobei hierzu lediglich ein elektromechanischer
Antrieb notwendig ist. Die Mitnehmer können so ausgestaltet sein, dass diese an Tragelementen, an Gelenkpunkten von Substratträgern oder einer anderen Position des
Substratträgerzuges eingreifen, solange dabei eine Kraft auf den Substratträgerzug übertragen werden kann. Es kann außerdem vorgesehen sein, dass jeweils Mitnehmerpaare am Mitnehmerring angeordnet sind, wobei jeweils ein Mitnehmer des Mitnehmerpaares geeignet ist zum Transport des
Substratträgerzuges in die eine Richtung (z.B. vorwärts) bzw. die andere Richtung (z.B. rückwärts) entlang der
Tragschiene der Substrattransporteinrichtung.
Für die Erzeugung der Relativbewegung zwischen Substrat und Behandlungseinrichtung ist es besonders vorteilhaft, dass die Tragschiene eines Kreisförderers mit Mitnehmerring mit dem Mitnehmerring verbindbar ist, so dass die Tragschiene und der Mitnehmerring synchron antreibbar sind. Nach dem vollständigen Einfahren des Substratträgerzuges in den
Kreisförderer mittels des Mitnehmerrings kann der
Substratträgerzug auf der Tragschiene des Kreisförderers arretiert werden, so dass keine Relativbewegung zwischen dem Substratträgerzug und der Tragschiene möglich ist. Dadurch, dass der Mitnehmerring mit der Tragschiene des
Kreisförderers verbindbar ist, kann eine Relativbewegung zwischen dem an der Tragschiene angeordneten
Substratträgerzug und der oder den Behandlungseinrichtungen eingestellt werden, wobei jedoch der Verschleiß der
Tragelemente und der Tragschiene wesentlich minimiert werden kann und die Substrate aufgrund der Arretierung auf der rotierbaren Tragschiene geringeren Vibrationen ausgesetzt sind, als wenn der Substratträgerzug sich relativ zur
Tragschiene bewegen würde.
Umfasst die Substratbehandlung eine große Anzahl von
Behandlungsschritten, wobei diese beispielsweise ebenfalls eine große Anzahl unterschiedlicher Behandlungseinrichtungen benötigen, so dass diese nicht mehr an einer einzigen
Prozesskammer angeordnet werden können, kann erfindungsgemäß eine Prozesskammer mittels eines weiteren Ventils mit zumindest einer weiteren Prozesskammer verbindbar sein. Der Kreisförderer der Prozesskammer ist hierzu beispielsweise über einen Linearförderer mit dem Kreisförderer der weiteren Prozesskammer verbindbar, wobei der Linearförderer zu diesen beiden Kreisförderern tangential verläuft. Mittels des
Ventils ist die Prozesskammer von der weiteren Prozesskammer trennbar, so dass in ihnen unterschiedliche Prozessdrücke und Prozesstemperaturen eingestellt werden können, ohne dass dies einen störenden Einfluss auf die jeweils andere
Prozesskammer haben würde.
Zum Abkühlen der Substrate in der zumindest einen
Schleusenkammer kann vorgesehen sein, dass in der Schleusenkammer zumindest eine Kühleinrichtung angeordnet ist. Durch das Abkühlen der Substrate noch in der zumindest einen Schleusenkammer, kann die Produktivität der
Vorrichtung zur Substratbehandlung deutlich gesteigert werden, da Substrate eher vom Substratträgerzug entnommen werden können als wenn die zumindest eine Prozesskammer keine Kühleinrichtung aufweisen würde.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Substratbehandlung in einem Batch-Prozess vorgeschlagen, umfassend: Einschleusen von an Substratträgern angeordneten Substraten aus einer Schleusenkammer in eine Prozesskammer, Behandeln der
Substrate innerhalb der Prozesskammer sowie Ausschleusen der Substrate aus der Prozesskammer in eine Schleusenkammer, wobei die Substrate an aneinandergereihten und miteinander verbundenen Substratträgern gemeinsam eingeschleust, behandelt und ausgeschleust werden.
Die aneinandergereihten und miteinander verbundenen
Substratträger bilden einen sogenannten Substratträgerzug, dessen Richtung und Geschwindigkeit für die einzelnen
Verfahrensschritte änderbar ist. Dadurch kann eine
Relativgeschwindigkeit zwischen dem Substratträgerzug und zum Behandeln der Substrate geeigneter
Behandlungseinrichtungen der Prozesskammer eingestellt werden .
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur
Substratbehandlung in einem Batch-Prozess, Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Anordnung einer getrennten Substrattransporteinrichtung umfassend einen Linearförderer und einen Kreisförderer,
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Anordnung einer nicht getrennten Substrattransporteinrichtung, umfassend einen Linearförderer und einen Kreisförderer,
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, umfassend eine Schleusenkammer mit Linearförderer und eine Prozesskammer mit
Kreisförderer,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, umfassend eine Schleusenkammer mit Kreisförderer und eine Prozesskammer mit
Kreisförderer,
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, umfassend zwei Schleusenkammern mit jeweils einem Kreisförderer und eine Prozesskammer mit Kreisförderer,
Fig. 7 eine Schnittansicht und eine Draufsicht (unten) eines Kreisförderers einer
Substrattransporteinrichtung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Substratbehandlung,
Fig. 7a eine Detailansicht der Schnittansicht von Fig. 7,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Übergabe/
Übernahme eines Substratträgers vom Linearförderer auf den Kreisförderer einer
Substrattransporteinrichtung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Substratbehandlung,
Fig. 9 einen Substratträgerzug, der vollständig im
Kreisförderer einer Substrattransporteinrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Substratbehandlung angeordnet ist,
Fig. 10 wie Substratträger am Ende eines
Substratbehandlungsprozesses vom Kreisförderer einer Substrattransporteinrichtung wieder auf einen
Linearförderer übergeben werden,
Fig. 11 eine Substrattransporteinrichtung und einen
Substratträgerzug nach dem Stand der Technik
(dargestellt in einer Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kreisförderers) ,
Fig. 12 eine Draufsicht einer Substratträgerzuges nach dem
Stand der Technik,
Fig. 13 eine erfindungsgemäße Substrattransporteinrichtung und einen Substratträgerzug dargestellt in einer Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Kreisförderers ,
Fig. 14 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen
Substratträgerzuges und
Fig. 15 eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen
Tragelementes in einer Tragschiene.
In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis Fig. 4 sollen das vorgeschlagene Verfahren sowie eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Substratbehandlung beschrieben werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels umfasst hierbei eine Schleusenkammer 113 mit einem Linearförderer 12 sowie eine Prozesskammer 114 mit einem Kreisförderer 18, wobei die Schleusenkammer 113 mit der Prozesskammer 114 über ein
Ventil 13 verbindbar sind und der Kreisförderer 18 und der Linearförderer 12 bei geöffnetem Ventil 13 miteinander verbindbar sind.
Anhand der Fig. 7 bis Fig. 10 ist eine
Substrattransporteinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben, welche vorzugweise zum Transport von vertikalen plattenförmigen Substraten geeignet ist, wobei die Substrate bei einem Prozessdruck unterhalb des Umgebungsdrucks
behandelt werden sollen. Die Substrattransporteinrichtung umfasst in dem Ausführungsbeispiel einen Linearförderer sowie einen Kreisförderer, die fallweise miteinander
verbindbar sind, wobei der Kreisförderer zumindest einen antreibbaren Mitnehmerring umfasst, der Mitnehmer zum
Transport von Substratträgern aufweist, die mit auf dem Linearförderer bereitgestellten Substratträgern in Eingriff bringbar sind.
In den Fig. 11 bis 15 ist die Ausgestaltung eines
Substratträgerzuges, geeignet für eine
Substrattransporteinrichtung des ersten
Ausführungsbeispiels, dargestellt. Dabei umfasst die
Substrattransporteinrichtung zumindest eine Tragschiene, eine Mehrzahl von in der zumindest einen Tragschiene
gehaltenen Tragelementen sowie mehrere mit den Tragelementen gelenkig verbundene, von den Tragelementen gehaltene
Substratträger, wobei jedes Tragelement beidseitig mit je einem von zwei in Verlaufsrichtung der Tragschiene
hintereinander angeordneten Substratträgern verbunden ist.
Fig. 5 wird ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, welches sich an dem ersten Ausführungsbeispiel orientiert. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel umfasst das zweite
Ausführungsbeispiel eine Schleusenkammer mit einem
Kreisförderer und eine Prozesskammer mit einem
Kreisförderer .
Anhand von Fig. 6 wird ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Hierbei umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Schleusenkammern und eine Prozesskammer, wobei sowohl die Schleusenkammern als auch die Prozesskammer jeweils einen Kreisförderer umfassen.
Das vorgeschlagene Verfahren kann an einer Vorrichtung, die beispielhaft in Fig. 1 dargestellt ist, in zeitlicher
Abfolge beispielsweise wie folgt ablaufen:
1. Beladen einer Schleusenkammer 113 mit Substraten 11. Die Schleusenkammer 113 ist bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ca. 8 m lang, ihre Außenwände sind jedoch nicht dargestellt, da sie anderenfalls den Blick auf die Anordnung der
Substrate 11 verdecken würden. Dieser Verfahrensschritt kann manuell oder mit Hilfe eines Laderoboters an Atmosphäre geschehen .
2. Befestigen der Substrate 11 innerhalb der
Schleusenkammer 113 an je einem Substratträger 16 mit Hilfe einer Brille oder einzelner Klammern. Im Ausführungsbeispiel hängen zwölf Substratträger 16 an einem Linearförderer 12 und sind wie Glieder einer Kette miteinander zu einem
Substratträgerzug verbunden. Der Substratträgerzug kann in jeder Richtung bewegt werden, wodurch dieser zum
Einschleusen und zum Ausschleusen der Substrate 11 in den bzw. aus der Prozesskammer 114 verwendet werden kann.
3. Die Schleusenkammer 113 wird geschlossen und evakuiert. Ein Ventil 13 wird geöffnet und der Substratträgerzug fährt, nachdem die durch das Ventil 13 verlaufende Linearweiche 110 geschlossen wurde, in die Prozesskammer 114 ein. Die
Außenwände der Prozesskammer 114 sind ebenfalls nicht dargestellt, da sie anderenfalls den Blick in die
Prozesskammer 114 verdecken würden. Fig. 2 zeigt das noch geschlossene Ventil 23 bei getrennter Linearweiche 210
(nicht dargestellt) . Während die Linearweiche 310 in Fig. 3 bei geöffnetem Ventil 33 dargestellt ist.
4. Eine Weiche 17 wird so gestellt, dass sie das Einfahren des Substratträgerzugs in den Kreisförderer 18 ermöglicht.
Die Länge des Substratträgerzugs ist höchstens so lang wie oder etwas kürzer als der Umfang des Kreisförderers 18.
5. Wenn der Substratträgerzug vollständig in den
Kreisförderer 18 eingefahren ist stoppt dieser Transport. 6. Das Ventil 13 wird, nachdem eine Linearweiche 110 geöffnet, d.h. wieder aus dem Ventil 13 entfernt wurde, wieder geschlossen.
7. Danach werden in der Prozesskammer 114 alle
prozessrelevanten Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Prozessvakuum und Prozesstemperatur hergestellt.
8. Der Substratträgerzug wird zusammen mit dem
Kreisförderer 18 in Rotation gebracht, angetrieben durch einen elektromechanischen Antrieb 112.
9. Der Beschichtungsprozess kann nach Erreichen der
Prozessgeschwindigkeit des Substratträgerzuges beginnen. Durch die Rotationsbewegung ist es jetzt möglich, alle
Substrate 11 mehrmals an ein und derselben
Behandlungseinrichtung, z.B. in Form eines Magnetrons 15 vorbeizufahren. Im Ausführungsbeispiel sind an der
Außenseite der Prozesskammer 114 insgesamt sechs Magnetrons 15 kreisförmig, d.h. auf der Peripherie eines Kreises liegend, angeordnet, an denen die Substrate 11 durch die Rotationsbewegung des Substratträgerzugs vorbeibewegt werden. Weitere Prozessparameter sind einstellbar durch die Änderung der Richtung und falls notwendig der Geschwindigkeit des Substratträgerzugs.
10. Das Ausschleusen der Substrate 11 aus der Prozesskammer 114 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge zum beschriebenen Einschleusen .
In der Schleusenkammer 113 der Vorrichtung befindet sich hinter jedem Substrat 11 bzw. jedem Substratträger 16 eine Kühlplatte 19 einer nicht dargestellten Kühleinrichtung. Die unmittelbare Nähe und Abdeckung der gesamten Substratfläche mit den Kühlplatten 19 ermöglicht ein zügiges und
zeitgleiches Abkühlen der Substrate 11.
Die Magnetrons 15 können im Ausführungsbeispiel um 90° vertikal geschwenkt werden, die kreisförmige Anordnung bietet dem Bediener etwas mehr Platz für Wartung und
Instandhaltung .
Optional bietet die beispielhafte Vorrichtung gemäß Fig. 1 die Möglichkeit, in eine „Inline-Verkettung" eingebunden zu werden. Dazu sind eine zweite Weiche 17a (nicht dargestellt) und ein zweites Ventil 13a mit einer zweiten Linearweiche 110 (nicht dargestellt) an einer anderen Stelle des
Kreisförderers 18 angeordnet. Hierdurch wird die
Prozesskammer 114 mit einer weiteren nicht dargestellten Prozesskammer verbindbar.
Weiterhin sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1
Pumpen 111 zum Evakuieren der Prozesskammer 114 sowie eine Anordnung von Heizeinrichtungen 14 zur Beeinflussung der Prozesstemperatur gezeigt aber nicht weiter beschrieben.
Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung umfassend eine Schleusenkammer 413 mit einem Linearförderer 42 und eine Prozesskammer 414 mit
Kreisförderer 48. Anders als bei der Darstellung in Fig. 1 sind die Wandungen der Schleusenkammer 413 sowie der
Prozesskammer 414 dargestellt, wobei die Wandungen, welche die Prozesskammer 414 nach oben abschließen, ebenfalls nicht dargestellt sind, damit der Blick ins Innere der
Prozesskammer 414 frei ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind an der Außenseite der Prozesskammer 414 insgesamt neun Magnetrons 45 kreisförmig, d.h. auf der Peripherie eines Kreises liegend, angeordnet. In den Wandungen der
Schleusenkammer 413 sind vier schließbare Öffnungen 415 angeordnet, durch welche die Substrate 41 aus den
Substratträgern 46 des Substratträgerzuges manuell oder mittels eines Laderoboters der Schleusenkammer 413
entnehmbar sind. In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine weitere
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines sogenannten „dual boxcoater" in Fig. 5 schematisch dargestellt . Diese Ausgestaltung umfasst eine Prozesskammer 514 zum
Behandeln von Substraten 51 sowie eine Schleusenkammer 513 zum Ein- und Ausschleusen von Substraten 51 in und aus der Prozesskammer 514. Jeweils ein Substrat 51 ist an einem Substratträger angeordnet, wobei die Substratträger wie Glieder einer Kette miteinander zu einem Substratträgerzug verbunden sind. In dieser Ausgestaltung der Erfindung bilden zwölf Substratträger einen Substratträgerzug. Die Anzahl der Substratträger kann jedoch mit der Größe der
erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder der Größe der zu behandelnden Substrate variieren.
Sowohl die Schleusenkammer 513 als auch die Prozesskammer 514 sind mittels nicht dargestellter
Evakuierungseinrichtungen evakuierbar, die Prozesskammer 514 außerdem mittels nicht dargestellter Beheizungseinrichtungen beheizbar und die Schleusenkammer mittels einer nicht dargestellten Kühleinrichtung kühlbar.
Sowohl die Schleusenkammer 513 als auch die Prozesskammer 514 weisen jeweils eine Substrattransporteinrichtung auf, welche als Kreisförderer 58 ausgebildet ist. Mittels eines Ventils 53 ist die Schleusenkammer 513 mit der Prozesskammer 514 verbindbar. Zum Transport der Substrate 51 von der
Schleusenkammer 513 in die Prozesskammer 514 und umgekehrt, ist der Kreisförderer 58 der Schleusenkammer 513 mit dem Kreisförderer 58 der Prozesskammer 514 über einen im
Wirkbereich des Ventils 53 trennbaren Linearförderer 52 verbindbar . Mittels einer SubstratZuführungseinrichtung 517 werden
Substrate 51 einer Substratablage 518 zugeführt. Die
Substratablage 518 befindet sich im Wirkbereich eines
Laderoboters 516. Der Laderoboter 516 kann einzelne
Substrate 51 von der Substratablage 518 entnehmen und jeweils ein Substrat 51 an einem Substratträger in der
Schleusenkammer 513 anordnen. Anstatt des Laderoboters 516 können die Substrate 51 auch manuell beladen und entladen werden. Hierzu ist die Schleusenkammer 513 mit einer
druckdichten Schleusentür 515 schließbar.
In dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind an der Außenseite der Prozesskammer 514 insgesamt neun Behandlungseinrichtungen in Form von Magnetrons 515
kreisförmig, d.h. auf der Peripherie eines Kreises liegend, angeordnet, an denen die Substrate 51 durch die
Rotationsbewegung des Substratträgerzugs vorbeibewegt werden, wozu die erfindungsgemäße Vorrichtung einen nicht dargestellten Antrieb aufweist. Weitere Prozessparameter sind einstellbar durch die Änderung der Richtung und falls notwendig der Geschwindigkeit des Substratträgerzugs. Der Laderoboter 516 kann einzelne Substrate 51 von einem Substratträger in der Schleusenkammer 513 entnehmen und auf einer weiteren Substratablage 518a ablegen. Von dieser
Substratablage 518a können die Substrate 51 mittels einer Substratabführeinrichtung 517a von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Substratbehandlung abtransportiert werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel wird eine weitere
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines sogenannten „triplex boxcoater" in Fig. 6 schematisch dargestellt .
Diese Ausgestaltung umfasst eine Prozesskammer 614 zum
Behandeln von nicht dargestellten Substraten sowie zwei
Schleusenkammer 613 jeweils geeignet zum Einschleusen und Ausschleusen von Substraten in und aus der Prozesskammer 614. Die Schleusenkammern 613 sind mittels jeweils einer Schleusentür 615 druckdicht gegenüber der Atmosphäre
schließbar.
Sowohl die Prozesskammer 614 als auch die Schleusenkammern 613 weisen eine als Kreisförderer 68 ausgebildete
Substrattransporteinrichtung auf. Mittels jeweils eines Ventils 63 ist jede Schleusenkammer 613 separat mit der
Prozesskammer 614 verbindbar. Zum Transport der Substrate von der Schleusenkammer 613 in die Prozesskammer 614 und aus der Prozesskammer 614 in die Schleusenkammer 613, sind die Kreisförderer 68 der Schleusenkammern 613 jeweils mit dem Kreisförderer 68 der Prozesskammer 614 über einen im
Wirkbereich der Ventile 63 trennbaren Linearförderer 62 verbindbar. Die drei Kreisförderer 68 bilden zusammen mit den beiden Linearförderern 62 dieses dritten
Ausführungsbeispiels eine Substrattransporteinrichtung. In der Draufsicht der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 6 sind die Drehachsen 616 der
Kreisförderer 68 mit einer Geraden verbindbar, so dass sich eine lineare Anordnung der Schleusenkammern 613 und der Prozesskammer 614 ergibt.
Auf der Substrattransporteinrichtung gemäß Fig. 6 sind zwei Substratträgerzüge hintereinander angeordnet und unabhängig voneinander bewegbar. Während an einem Substratträgerzugs angeordnete Substrate in der Prozesskammer 614 behandelt werden, kann ein weiterer Substratträgerzug in einer
Schleusenkammer 613 von Substraten entladen und anschließend wieder mit noch zu behandelnden Substraten beladen werden. Das manuell oder automatisiert ablaufende Entladen und
Beladen kann hierbei so erfolgen, dass zunächst ein schon behandeltes Substrat einem Substratträger entnommen wird und anschließend ein noch zu behandelndes Substrat in denselben Substratträger geladen wird. Nach Beendigung der
Substratbehandlung der Substrate in der Prozesskammer 614, wird der Substratträgerzug in die weitere, freie
Schleusenkammer 613 transportiert und dort von Substraten entladen und mit zu behandelnden Substraten beladen, während der mit noch zu behandelnden Substraten beladene
Substratträgerzug in die freie Prozesskammer 614
transportiert werden kann. Die Effizienz der
erfindungsgemäßen Vorrichtung kann hierdurch wesentlich gesteigert werden.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht und eine Draufsicht (unten) eines Kreisförderers einer Substrattransporteinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Substratbehandlung des ersten Ausführungsbeispiels.
Der in Fig. 7 dargestellte Kreisförderer ist geeignet zum Transport von Substratträgern 75, welche geeignet sind zum Transport von nicht dargestellten vertikal an den Substratträgern 75 angeordneten plattenförmigen Substraten, wobei mehrere Substratträger 75 wie Glieder einer Kette miteinander zu einem Substratträgerzug verbunden sind. Die Substratträger 75 sind gelenkig an jeweils zwei
Tragelementen 76 angeordnet, wobei die Substratträger 75 im oberen Bereich des Kreisförderers, entsprechend der
Schnittansicht von Fig. 7, von Tragelementen 76 in einer Tragschiene 73 gehalten und im unteren Bereich des
Kreisförderers, entsprechend der Schnittansicht von Fig. 7, von Führungselementen 714 in einer Führungsschiene 78 geführt werden. Die Tragschiene 73 ist geeignet zur Aufnahme der Gewichtskraft der Tragelemente 76 mit den daran
angeordneten Substratträgern 75 und den daran angeordneten Substraten. Die Führungsschiene 78 ist dazu geeignet, die Substrate sowie die Substratträger 75 mittels der
Führungselemente 714 während des Substrattransportes in einer vertikalen Position zu halten. Der Kreisförderer umfasst im Bereich der Tragschiene 73 der Schnittansicht von Fig. 7 eine erste Drehverbindung 71 und eine zweite Drehverbindung 72. Eine Drehverbindung 71, 72 ist ein, zumeist aus zwei ringförmigen Elementen
bestehendes, Verbindungselement zur Übertragung einer
Drehbewegung, wobei die drei Translationsfreiheitsgrade sowie die beiden verbleibenden Rotationsfreiheitsgrade gesperrt sind.
Die folgenden Ausführungen beschrieben zunächst den
Kreisförderer im Bereich der Tragschiene 73 der
Schnittansicht von Fig. 7. Die erste Drehverbindung 71 ist mit ihrem Außenring an der tragenden Konstruktion einer nicht dargestellten Schleusenkammer oder Prozesskammer befestigt. Am Innenring der ersten Drehverbindung 71 ist sowohl der Außenring der zweiten Drehverbindung 72 des als auch die kreisförmige Tragschiene 73 befestigt.
Der Innenring der zweiten Drehverbindung 72 ist mit einer Innenverzahnung versehen. Über die Antriebswelle mit Ritzel 713 wird der Innenring der zweiten Drehverbindung 72 angetrieben .
Am Innenring der zweiten Drehverbindung 72 ist ein
Mitnehmerring mit Mitnehmern 74 angeordnet. Die
hakenförmigen Mitnehmer des Mitnehmerrings 74 sind geeignet zum Transport der Substratträger 75.
Vor dem Transport der Substratträger 75 des
Substratträgerzuges auf die kreisförmige Tragschiene 73 des Kreisförderers sind die Substratträger 75 mittels der
Tragelemente 76 an einer geraden Tragschiene 77 eines
Linearförderers angeordnet. Die Tragschiene 77 ist in der Draufsicht von Fig. 7 nur abschnittsweise dargestellt.
Während des Transports der Substratträger 75 auf die kreisförmige Tragschiene 73, ist die Tragschiene 73 mit dem Arretierungsbolzen 712 arretiert.
Die folgenden Ausführungen beschreiben den Kreisförderer im Bereich der Führungsschiene 78 der Schnittansicht von Fig. 7. Die dritte Drehverbindung 715 im Bereich der
Führungsschiene 78 ist mit ihrem Außenring an der tragenden Konstruktion einer nicht dargestellten Schleusenkammer oder Prozesskammer befestigt. Am Innenring der dritten
Drehverbindung 715 ist die kreisförmige Führungsschiene 78 befestigt.
Der Innenring der dritten Drehverbindung 715 im unteren Bereich ist mit einer Innenverzahnung versehen. Über eine weitere Antriebswelle mit Ritzel 713 wird der Innenring der dritten Drehverbindung 715 angetrieben. Die beiden Antriebswellen mit Ritzel 713 im unteren und im oberen
Bereich der Schnittansicht von Fig. 7 sind synchron
antreibbar, so dass sich die der Mitnehmerring mit
Mitnehmern 74 und/oder die Tragschiene 73 sowie die
Führungsschiene 78 mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit drehen .
Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht der Übergabe/ Übernahme eines Substratträgers vom Linearförderer auf den Kreisförderer der Substrattransporteinrichtung.
Zum Transport der Substratträger 85 auf die kreisförmige Tragschiene 83 wird die gerade Tragschiene 87 in eine
Andockposition geschoben. In der Andockposition ist die gerade Tragschiene 87 tangential zur kreisförmigen
Tragschiene 83 ausgerichtet und mit der kreisförmigen
Tragschiene 83 unmittelbar angrenzend verbunden. Hierzu ist in der kreisförmigen Tragschiene 83 eine Aussparung
vorgesehen. Durch langsames Drehen des Innenrings der zweiten Drehverbindung 82 wird auch der Mitnehmerring 84 in Drehung versetzt. Die Mitnehmer des Mitnehmerrings 84 ergreifen jeweils einen Substratträger 85 und schieben den Substratträger 85 mit seinen Tragelementen 86 auf die kreisförmige Tragschiene 83.
Die Substratträger 85 werden so lange auf die Tragschiene 83 geschoben bis das vordere Tragelement 86 des ersten
Substratträgers 85 des Substratträgerzuges einen Anschlag 811 erreicht. Der Anschlag 811 wird abgesenkt und arretiert die Substratträgerzug auf der Tragschiene 83, so dass keine Relativbewegung des Substratträgerzuges zur Tragschiene 83 möglich ist. Die Antriebswelle mit Ritzel 813, welche in die zweite Drehverbindung 82 eingreift, wird synchron zur
Antriebswelle mit Ritzel 813, welche in die dritte
Drehverbindung 815 eingreift, angetrieben. Fig. 9 zeigt einen Substratträgerzug, der vollständig im Kreisförderer einer Substrattransporteinrichtung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Substratbehandlung
angeordnet ist.
Durch Lösen des Arretierungsbolzens 912 ist die Tragschiene 93 frei drehbar. Mittels der Antriebswelle mit Ritzel 913 wird der Mitnehmerring mit Mitnehmern 94 angetrieben. Die Mitnehmer übertragen diese Antriebskraft formschlüssig auf Substratträger 95, wobei wiederum ein Substratträger 95 formschlüssig über ein Tragelement 96 und mittels eines Anschlages 911 mit der Tragschiene 93 verbunden ist, so dass die Tragschiene 93 synchron zum Mitnehmerring 94 rotiert. Mittels einer weiteren Antriebswelle mit Ritzel 913 wird die Führungsschiene 98 synchron zum Mitnehmerring 94
angetrieben, hierzu können die beiden Antriebswellen
atmosphärenseitig mechanisch miteinander verbunden sein. Demnach kommt es zu keiner Relativbewegung zwischen
Substratträgern 95 und der Tragschiene 93, wodurch die
Substrate in den Substratträgern 95 besonders
erschütterungsarm rotieren können. Fig. 10 zeigt, wie Substratträger 1005 am Ende eines
Substratbehandlungsprozesses vom Kreisförderer einer
Substrattransporteinrichtung wieder auf einen Linearförderer übergeben werden, wobei die Tragschiene 1007 des
Linearförderers mit der Tragschiene 1003 des Kreisförderer verbunden ist.
Der Anschlag 1011 wird entfernt, so dass Tragelemente 1006 relativ zur Tragschiene 1003 bewegbar sind. Mittels eines Arretierungsbolzens 1012 wird die Tragschiene 1003
arretiert, so dass sie nicht rotieren kann. Zum Transport der Substratträger 1005 aus der Tragschiene 1003 heraus wird die Antriebswelle mit Ritzel 1013 in entgegengesetzter Richtung wie zum Transport der Substratträger 1005 in die Tragschiene 1003 hinein angetrieben. Mittels der
Antriebswelle mit Ritzel 1013 wird der Mitnehmerring mit
Mitnehmern 1004 angetrieben. Die Mitnehmer übertragen diese Antriebskraft formschlüssig auf Substratträger 1005, wodurch der Substratträgerzug von der Tragschiene 1003 auf die
Tragschiene 1007 des Linearförderers transportiert wird. Mittels einer weiteren Antriebswelle mit Ritzel 1013 wird die Führungsschiene 1008 synchron zum Mitnehmerring 1004 angetrieben .
Unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 11 bis Fig. 15 Details der Ausgestaltung eines an einer Substrattransporteinrichtung angeordneten
Substratträgerzuges einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 11 und 12 zeigen eine Substrattransporteinrichtung und einen Substratträgerzug nach dem Stand der Technik, jedoch dargestellt in einer Prinzipdarstellung eines
erfindungsgemäßen Kreisförderers 1108, bei der jeder
Substratträger 1106 von zwei Tragelementen 1116 in der Tragschiene 1103 gehalten wird. Die Substratträger 1106 sind zur Aufnahme plattenförmiger Substrate 1101 ausgebildet, während des Transports der Substrate 1101 vertikal
ausgerichtet und weisen an ihrer oberen Kante jeweils zwei Gelenkpunkte 1117 auf. Zwei benachbarte Substratträger 1206 sind durch ein
gemeinsames Verbindungselement 1219 miteinander verbunden. Das Verbindungselement 1219 ist dabei mit je einem
Gelenkpunkt 1217 der beiden Substratträger 1206 gelenkig so verbunden, dass die Substratträger 1206 gegeneinander um eine vertikale Achse verdrehbar sind, damit der Substratträgerzug, d.h. mehrere miteinander gelenkig
verbundene Substratträger 1206, nicht nur einer geraden, sondern auch einer gekrümmten Tragschiene, in Fig. 12 nicht dargestellt, folgen kann. Vom Gelenkpunkt 1217 des
Substratträgers 1206 ausgehend zur Mitte des Substratträgers 1206 hin ist das Verbindungselement 1219 gelenkig mit einem Tragelement 1216 verbunden, das in der Tragschiene gehalten ist. Die beiden auf diese Weise mit je einem
Verbindungselement 1219 eines Substratträgers 1206
verbundenen Tragelemente 1216 sind untereinander durch ein weiteres Verbindungselement 1219 verbunden, das mit jedem seiner Enden mit einem der beiden Tragelemente 1216 gelenkig verbunden ist. Wird nun der Substratträgerzug in einen gekrümmten Abschnitt einer Tragschiene der Substrattransporteinrichtung hinein bewegt, so folgen die Tragelemente 1216 dieser gekrümmten Kontur, wodurch sich der abwechselnde Verbund von
Verbindungselementen 1219 und Tragelementen 1216 durch deren gelenkige Verbindungen untereinander zu einer polygonalen Ausrichtung verformt. Der Substratträger 1206 hingegen ist starr und kann diese Verformung daher nicht mitmachen.
Dadurch kommt es zu einer Längendifferenz 1220 zwischen den beiden Gelenkpunkten 1217 eines Substratträgers 1206 einerseits und den diese beiden Gelenkpunkte verbindenden Tragelementen 1216 und Verbindungselementen 1219.
Um diese Längendifferenz 1220 ausgleichen zu können, sind bei bekannten Substrattransporteinrichtungen der
beschriebenen Art Ausgleichsmittel vorgesehen.
Beispielsweise kann ein Verbindungselement 1219 mit einem Gelenkpunkt 1217 des Substratträgers 1206 über ein Langloch 1221 verbunden sein, damit eine Relativverschiebung zum Ausgleich der Längendifferenz 1220 möglich ist. Dadurch verschieben sich allerdings auch benachbarte Substratträger 1206 aufeinander zu, so dass am unverformten, d.h. geraden Substratträgerzug, ein größerer Abstand zwischen
benachbarten Substratträgern 1206 vorgesehen sein muss als erwünscht .
Für einen Substratträgerzug mit n Substratträgern 1206 werden bei der bekannten Lösung 2n Tragelemente 1216
benötigt . Fig. 13, 14 und 15 zeigen eine erfindungsgemäße
Substrattransporteinrichtung und einen Substratträgerzug, welche die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeiden . Wie in Fig. 14 dargestellt, ist zwischen je zwei
benachbarten Substratträgern 1406 ist ein Tragelement 1416, d.h. ein von der Tragschiene 1307, welche in Fig. 14 jedoch nicht dargestellt ist, gehaltenes Element, angeordnet und gleichzeitig mit je einem Gelenkpunkt 1417 der beiden
Substratträger 1406 gelenkig verbunden. Die mit der
Tragschiene 1307 in Wirkverbindung stehenden Tragelemente 1416 sind nicht von den Gelenkpunkten 1417 des
Substratträgers 1406 ausgehend zur Mitte des Substratträgers 1406 ausgerichtet, sondern zum Rand des Substratträgers 1406, über den sie hinausweisen, wobei die Tragelemente 1416 an ihrem anderen Ende mit einem Gelenkpunkt 1417 des
angrenzenden Substratträgers 1406 gelenkig verbunden sind. Ein Tragelement 1416 trägt jeweils einen Gewichtsanteil zweier angrenzender Substratträger 1406.
Für einen Substratträgerzug mit n Substratträgern 1406 werden daher bei der vorgeschlagenen Lösung nur n+1
Tragelemente 1416 benötigt.
Wie in Fig. 13 dargestellt, ist zwischen je zwei Tragelementen 1316, die mit demselben Substratträger 1306 verbunden sind, ein Verbindungselement 1322 angeordnet und mit beiden Tragelementen 1316 gelenkig verbunden, so dass die Zugkraft beim Transport des Substratträgerzuges von Tragelement 1316 zu Tragelement 1316 nicht durch den
Substratträger 1306, sondern das Verbindungselement 1322 erfolgt. Darüber hinaus behalten die Tragelemente 1316 ihren Abstand auch dann bei, wenn daran keine Substratträger 1306 befestigt sind, so dass die Bestückung mit Substratträgern 1306 wesentlich einfacher ist als ohne die
Verbindungselemente 1322.
Die in Fig. 15 detailliert dargestellten Tragelemente 1516 weisen jeweils zwei horizontale Achsen 1523 mit darauf angeordneten Radpaaren auf, um die Abstützung des Gewichts der Substratträger 1506 in der Tragschiene 1507 bei
gleichzeitig leichter Verschiebbarkeit zu gewährleisten, während gleichzeitig zwei vertikale Achsen 1524 mit daran angeordneten Radpaaren für die Führung der Tragelemente 1516 insbesondere in gekrümmten Bereichen der Tragschiene 1507 sorgen .
Die an den horizontalen Achsen 1523 und vertikalen Achsen 1524 angeordneten Räder werden im Ausführungsbeispiel in idealer Weise in einer Tragschiene 1507 gehalten und
geführt, die einen kreuzförmigen Querschnitt hat, der nach unten offen ist.
Die konstruktive Anordnung der Tragelemente 1516 zwischen aufeinanderfolgenden Substratträgern 1506 erlaubt sowohl einen geradlinigen Transport der Substrate als auch einen Transport der Substrate auf einer gekrümmten Tragschiene 1507, beispielsweise in einem Kreisförderer. Ein Ausgleich von Relativverschiebungen ist unnötig, so dass auch die Bewegung des Substratträgerzuges exakter erfolgt, weil die einzelnen Substratträger 1506 keine Möglichkeit zum Ausweichen haben.
Bezugzeichenliste 11 Substrate
12 Linearförderer
13, 13a Ventil
14 Heizeinrichtung
15 Behandlungseinrichtung, z.B. Magnetron 16 Substratträger
17, 17a Weiche
18 Kreisförderer
19 Kühlplatten
110 Linearweiche
111 Pumpe
112 elektromechanischer Antrieb
113 Schleusenkammer
114 Prozesskammer
23 Ventil, geschlossen
210 Linearweiche, offen
33 Ventil, offen
310 Linearweiche, geschlossen
41 Substrate
42 Linearförderer
43 Ventil
45 Behandlungseinrichtung, z.B. Magnetron
46 Substratträger
48 Kreisförderer
413 Schleusenkammer
414 Prozesskammer
415 Öffnungen
51 Substrate 52 Linearförderer
53 Ventil
55 Behandlungseinrichtung, z.B. Magnetron
58 Kreisförderer
513 Schleusenkammer
514 Prozesskammer
515 Schleusentür
516 Laderoboter
517 SubstratZuführungseinrichtung
517a Substratabführungseinrichtung
518, 518a Substratablage
62 Linearförderer
63 Ventil
68 Kreisförderer
613 Schleusenkammer
614 Prozesskammer
615 Schleusentür
616 Drehachse
71 erste Drehverbindung
72 zweite Drehverbindung
73 Tragschiene, kreisförmig
74 Mitnehmerring mit Mitnehmern
75 Substratträger
76 Tragelement
77 Tragschiene, gerade
78 Führungsschiene, kreisförmig
712 Arretierungsbolzen
713 Antriebswelle mit Ritzel
714 Führungselement
715 dritte Drehverbindung
82 zweite Drehverbindung
83 Tragschiene, kreisförmig
84 Mitnehmerring mit Mitnehmern
85 Substratträger
86 Tragelement 87 Tragschiene, gerade
88 Führungsschiene
811 Anschlag
812 Arretierungsbolzen
813 Antriebswelle mit Ritzel 815 dritte Drehverbindung
93 Tragschiene, kreisförmig
94 Mitnehmerring mit Mitnehmern
95 Substratträger
96 Tragelement
98 Führungsschiene
911 Anschlag
912 Arretierungsbolzen
913 Antriebswelle mit Ritzel 915 dritte Drehverbindung
1101 Substrate
1103 Tragschiene
1106 Substratträger
1108 Kreisförderer
1116 Tragelement
1117 Gelenkpunkt
1206 Substratträger
1216 Tragelement
1217 Gelenkpunkt
1219 Verbindungselement
1220 Längendifferenz
1221 Langloch
1306 Substratträger
1307 Tragschiene
1316 Tragelement
1322 Verbindungselement
1406 Substratträger
1416 Tragelement
1417 Gelenkpunkt
1506 Substratträger 1507 Tragschiene
1516 Tragelement
1523 Achse, horizontal
1524 Achse, vertikal

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Substratbehandlung in einem Batch- Prozess, umfassend zumindest eine Prozesskammer (114) zum Beschichten von Substraten (11), zumindest eine Schleusenkammer (113) zum Schleusen der Substrate (11) zwischen Schleusenkammer (113) und Prozesskammer (114), wobei die Schleusenkammer (113) über ein Ventil (13) mit der Prozesskammer (114) verbindbar ist, sowie eine sich durch die Prozesskammer (114) und die
Schleusenkammer (113) erstreckende, im Wirkbereich des Ventils (13) wahlweise verbindbare und trennbare
Substrattransporteinrichtung, wobei die Substrate (11) an aneinandergereihten und miteinander verbundenen Substratträgern (16) an der
Substrattransporteinrichtung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die
Substrattransporteinrichtung als Hängeförderer (12, 18) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Substrattransporteinrichtung der Prozesskammer (114) als Kreisförderer (18) und die
Substrattransporteinrichtung der Schleusenkammer (113, 513) als Linearförderer (12) oder Kreisförderer (58) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Substrattransporteinrichtung mindestens eine
Tragschiene (93) und eine Mehrzahl von in der
mindestens einen Tragschiene (93) gehaltenen
Tragelementen (96) umfasst und jeder Substratträger (95) von je zwei Tragelementen (96) gelenkig gehalten ist und je zwei aufeinanderfolgende Substratträger (95) ein gemeinsames Tragelement (96) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei mit dem
Substratträger (1306) verbundene Tragelemente (1316) über ein Verbindungselement (1322) miteinander
verbunden sind, wobei jedes der Tragelemente (1316) mit dem Verbindungselement (1322) gelenkig verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kreisförderer (18) mindestens einen antreibbaren Mitnehmerring (84) umfasst, der Mitnehmer zum Transport der Substratträger (85) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragschiene (83) eines Kreisförderers (18) mit Mitnehmerring (84) mit dem Mitnehmerring (84) verbindbar ist, so dass die
Tragschiene und der Mitnehmerring synchron antreibbar sind .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prozesskammer (114) mittels eines weiteren Ventils (13a) mit zumindest einer weiteren Prozesskammer (114) verbindbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schleusenkammer (113) zumindest eine Kühleinrichtung angeordnet ist.
Verfahren zur Substratbehandlung in einem Batch-Prozess folgende Verfahrensschritte umfassend:
• Einschleusen von an Substratträgern (16)
angeordneten Substraten (11) aus einer
Schleusenkammer (113) in eine Prozesskammer (114),
• Behandeln der Substrate (11) innerhalb der Prozesskammer (114) sowie
• Ausschleusen der Substrate (11) aus der
Prozesskammer (114) in eine Schleusenkammer (113), wobei die Substrate (11) an aneinandergereihten und miteinander verbundenen Substratträgern (16) gemeinsam eingeschleust, behandelt und ausgeschleust werden.
PCT/EP2012/077009 2011-12-29 2012-12-28 Vorrichtung und verfahren zur substratbehandlung in einem batch-prozess WO2013098365A1 (de)

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Citations (4)

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