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Die Erfindung betrifft eine Vakuumkammeranordnung und ein Verfahren zum Prozessieren eines Substrats.
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Im Allgemeinen kann ein Substrat oder können mehrere Substrate, z.B. Wafer oder andere plattenförmige Substrate, beispielsweise während eines Beschichtungsprozesses (oder anderer Prozesse zum Behandeln von Substraten) mittels eines Substrathalters gehalten werden. Dabei kann der Substrathalter beispielsweise dazu genutzt werden, das Substrat oder die Substrate an einer vordefinierten Position in einer Beschichtungskammer zu halten oder durch eine Beschichtungskammer hindurch zu transportieren und/oder in der Beschichtungskammer zu bewegen.
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Herkömmlicherweise werden Substrathalter in Verbindung mit Beschichtungsanlagen verwendet, welche das einseitige Beschichten von nebeneinander gehalten Substraten (d.h. deren Vorderseite) ermöglichen. Ist das Beschichten der Rückseite nötig, werden die Substrate gedreht und wieder nur einseitig bearbeitet, beispielsweise selbst wenn eine gleiche oder andersartige Rückseitenbeschichtung erfolgt. Alternativ werden Substrathalter in Verbindung mit Beschichtungsanlagen verwendet, welche das beidseitige Beschichten von nebeneinander gehalten Substraten (d.h. deren Vorderseite und deren Rückseite) ermöglichen.
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Herkömmlicherweise werden beidseitige Beschichtungen auf einem Substrat ausgebildet, indem die Substrate innerhalb eines gerichteten Materialstroms einer Rotationsbewegung ausgesetzt werden und/oder die Substrate mittels einer Rotationsbewegung durch den Materialstrom hindurchgeführt werden.
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DE 28 13 180 C2 beschreibt eine Vakuumbeschichtungsanlage zum allseitigen Beschichten von Substraten durch Rotation der Substrate im Materialstrom. Mehrere Substrate werden dabei von zwei Substrathaltern gehalten, die mittels mechanisch gekoppelter, gegenläufiger Hebel eine zueinander gleichförmige Schwenkbewegung in dem Materialstrom ausführen.
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US 2004/0 016 406 A1 zeigt eine Beschichtungsvorrichtung für planare Substrate.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vakuumkammeranordnung zum gleichmäßigen und/oder freier einstellbaren Prozessieren von Substraten bereitgestellt, z.B. zum gleichzeitigen Prozessieren einer Vielzahl von Substraten, z.B. Turbinenschaufeln, z.B. Flugzeugturbinenschaufeln, etc.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vakuumkammeranordnung bereitgestellt. Die Vakuumkammeranordnung weist eine Vakuumkammer und mindestens einen Prozessierbereich, welcher in der Vakuumkammer angeordnet ist, auf. Weiterhin weist die Vakuumkammeranordnung eine Substrathalteanordnung zum Transportieren und/oder Positionieren von einem Substrat oder mehreren Substraten in dem Prozessierbereich auf. Die Substrathalteanordnung weist auf: einen ersten Antriebsstrang mit einem ersten Substrathalter, wobei der erste Substrathalter zum drehbaren Halten eines oder mehrerer Substrate eingerichtet ist, einen zweiten Antriebsstrang mit einem ersten Tragarm, wobei der erste Substrathalter von dem ersten Tragarm drehbar gehalten wird, einen dritten Antriebsstrang mit einem zweiten Substrathalter, wobei der zweite Substrathalter zum drehbaren Halten eines oder mehrerer Substrate eingerichtet ist, und einen vierten Antriebsstrang mit einem zweiten Tragarm, wobei der zweite Substrathalter von dem zweiten Tragarm drehbar gehalten wird. Der erste, zweite, dritte und vierte Antriebsstrang sind jeweils unabhängig voneinander steuerbar eingerichtet. Der erste Antriebsstrang und der dritte Antriebsstrang weisen jeweils eine Antriebsvorrichtung und ein mechanisches Koppelelement, das mit der Antriebsvorrichtung verbunden ist, auf. Das mechanische Koppelelement ist eingerichtet, die Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung für das Schwenken des Tragarmes an den Tragarm zu übertragen. Der zweite Antriebsstrang und der vierte Antriebsstrang weisen jeweils eine Antriebsvorrichtung und ein mechanisches Koppelelement das mit der Antriebsvorrichtung verbunden ist, auf. Das mechanische Koppelelement ist eingerichtet, die Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung für das Drehen des Substrathalters an den Substrathalter zu übertragen
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Dies ermöglicht beispielsweise eine räumlich und zeitlich unabhängige Bewegung des mindestens einen Substrats, das von dem ersten Substrathalter gehalten wird, von der Bewegung mindestens eines Substrats oder mehrerer Substrate, die von dem zweiten Substrathalter gehalten werden.
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Die auf zwei Trägerarmen befestigten Substrathalter können unterschiedliche Bewegungsprofile, realisiert werden, beispielsweise eine Schmetterlingsflügel-Bewegung der Substrathalter, beispielsweise eine Drehung um eine gemeinsame Drehachse mit unterschiedlichen Drehrichtungen; oder die Drehung um eine gemeinsame Drehachse in die gleiche Drehrichtung, beispielsweise in einer gemeinsamen Ebene. Dabei können die Substrate bezüglich der Substrathalter noch rotieren. Die Rotations- und Schwenkbewegungen können programmgesteuert ausgeführt, frei vorgebbar und voneinander entkoppelt ablaufen. Dies wird durch die vier, unabhängigen Antriebsstränge ermöglicht werden, die zeitlich unabhängig voneinander über mechanische Koppelelemente die Bewegungen für den ersten Trägerarm (Schwenken), den zweiten Trägerarm (Schwenken), den ersten Substrathalter (Substratrotation) und den zweiten Substrathalter (Substratrotation) ermöglichen.
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Die unabhängig steuerbaren Antriebsstränge ermöglicht, dass der maximale und minimale Schwenkwinkel der jeweiligen Trägerarme, die Winkelgeschwindigkeiten und die Anzahl an Schwenkbewegungen frei konfigurierbar vorgegeben werden kann. Die Aufbereitung der Sollwertvorgaben der Steuerung der Antriebsstränge kann abhängig vom gewünschten Anforderungsprofil der Bewegung der Substrate erfolgen. Der Gleichlauf beider Trägerarme kann in der Steuerung der Antriebsstränge mittels Positions- und Drehzahlregelung erfolgen. Die Bewegungsprofile der Substratrotation beider Substrathalter können unabhängig voneinander gesteuert werden. Neben Stillstehen und konstantem Rotieren der Substrate sind auch frei konfigurierbare Bewegungsprofile möglich, beispielsweise ein Variieren der Substratdrehzahl abhängig vom Drehwinkel des Substrates selbst, ein · Verharren des Substrates in einem bestimmten Drehwinkel für eine definierbare Verweildauer oder eine Kombination davon.
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Ein Antriebsstrang weist in verschiedenen Ausführungsformen eine Antriebsvorrichtung (Quelle) und einen Verbraucher der Antriebsleistung (Senke), beispielsweise ein Tragarm oder Substrathalter, auf. Die Antriebsleistung kann mittels eines mechanischen Kopplungselements von der Antriebsvorrichtung an den Verbraucher übertragen werden, wobei das mechanische Kopplungselement mit der Antriebsvorrichtung und dem Verbraucher mechanisch oder elektrisch gekoppelt ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Prozessieren eines Substrates in einer oben genannten Vakuumkammeranordnung bereitgestellt. Das Verfahren weist ein Schwenken des ersten Tragarms unabhängig von der Bewegung oder Position des zweiten Tragarms auf.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird Verfahren zum Prozessieren eines Substrates in einer oben genannten Vakuumkammeranordnung bereitgestellt. Das Verfahren weist ein Anpassen der Winkelgeschwindigkeit beim Drehen des Substrathalters abhängig vom Winkel und der Winkelgeschwindigkeit des Tragarmes auf, wenn der Tragarm des ersten und zweiten Tragarmes um einen Winkel mit einer Winkelgeschwindigkeit geschwenkt wird.
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In der Steuerung der Antriebsstränge der Substratrotation kann das Verdrehen der Substrate, hervorgerufen durch die Schwenkbewegung des Trägerarmes, in folgenden Schritten egalisiert werden: Der aktuelle Schwenkwinkel des jeweiligen Armes wird mittels Lagegeber erfasst und die daraus resultierende Verdrehung der Substrate berechnet. Der aus dem Bewegungsprofil der Substrate des jeweiligen Armes abgeleitete aktuelle Soll-Drehwinkel wird mit einem Offset versehen. Dieses Offset kann dem mit „Minus Eins“ multiplizierten Wert der berechneten Verdrehung der Substrate entsprechen (hervorgerufen durch die Schwenkbewegung des Armes).
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
- 1A und 1B eine Vakuumkammeranordnung in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei eine Substrathalteanordnung in verschiedenen Positionen in einer Vakuumkammer gelagert ist;
- 2A und 2B eine Vakuumkammeranordnung mit einer Schleusenkammer und einer Prozesskammer in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
- 3A und 3B einen Substrathalter und ein Versorgungsgehäuse in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Des Weiteren kann es beispielsweise notwendig oder hilfreich sein, dafür zu sorgen, dass die Substrate während des gesamten Prozesses in einer sicheren, stabilen Lage transportiert werden.
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1A und 1B veranschaulichen eine Prozessieranordnung, beispielsweise Vakuumkammeranordnung 100 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Vakuumkammeranordnung 100 kann beispielsweise eine Vakuumkammer 102 aufweisen. Die Vakuumkammer 102 kann beispielsweise eine erste Versorgungsdurchführung 102v aufweisen. Die erste Versorgungsdurchführung 102v kann beispielsweise in einem Kammerwandabschnitt 102w des Kammergehäuses der Vakuumkammer 102 bereitgestellt sein.
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Die Vakuumkammeranordnung 100 kann beispielsweise eine Substrathalteanordnung 104 aufweisen. Die Substrathalteanordnung 104 kann einen Substrathalter 110 zum Halten und Positionieren mindestens eines Substrats aufweisen.
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Das Positionieren kann beispielsweise ein Einstellen und/oder Verändern der Ortslage und/oder der Ausrichtung der Substrate relativ zu einer Prozessierquelle sein, wobei die Prozessierquelle zum Prozessieren von einem oder mehreren mittels des Substrathalters 110 gehaltenen Substraten verwendet wird. Dazu kann die Vakuumkammer 102 einen Prozessierbereich 202b bzw. eine Prozesskammer aufweisen. Ferner kann die Substrathalteanordnung 104 ein vakuumdichtes Versorgungsgehäuse 108 aufweisen zum Versorgen des Substrathalters 110 mit mindestens einem Versorgungsmedium, z.B. mit mechanischer Energie bzw. einem Drehmoment, mit Kühlwasser, oder Ähnlichem.
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Die Substrathalteanordnung 104 weist mehrere Tragarme und Substrathalter auf, die jeweils einem Antriebsstrang zugeordnet sind, wobei die Antriebsstränge derart eingerichtet sind, dass sie jeweils unabhängig voneinander betrieben bzw. angesteuert werden können, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird. Der unabhängige Betrieb bzw. die unabhängige Ansteuerung der Antriebsstränge erlaubt frei einstellbare Bewegungsprofile für die Tragarme und Substrathalter. Dadurch können beispielsweise Beschichtungen auf den Substraten homogener prozessiert, beispielsweise abgeschieden, werden. Weiterhin können Störfalle der Vakuumkammeranordnung, beispielsweise wenn sich Tragarme und/oder Substrathalter gegenseitig in ihrer Bewegung blockieren, einfacher gelöst werden. Weiterhin kann die Antriebsleistung jedes Antriebsstranges individuell auf die von dem jeweiligen Tragarm bzw. Substrathalter erforderliche Antriebsleistung eingestellt, konfiguriert bzw. konfektioniert werden.
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In dem Versorgungsgehäuse 108 kann eine Versorgungsstruktur 108s zum Versorgen des Substrathalters 110 mit dem mindestens einen Versorgungsmedium angeordnet sein. Die Versorgungsstruktur 108s kann beispielsweise die Antriebsvorrichtungen der Antriebsstränge aufweisen bzw. bereitstellen, welcher mit dem Substrathalter 110 gekuppelt ist zum Positionieren der Substrate.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Versorgungsgehäuse 108 eine zweite Versorgungsdurchführung 108v aufweisen. Dem Versorgungsgehäuse 108 kann/können beispielsweise mittels der zweiten Versorgungsdurchführung 108v ein oder mehrere Medien (z.B. elektrische Energie und/oder Kühlmittel) zugeführt werden.
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Ferner kann die Vakuumkammeranordnung 100 beispielsweise eine Lageranordnung 106 aufweisen mittels derer die Substrathalteanordnung 104 innerhalb der Vakuumkammer 102 beweglich 106b gelagert ist.
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Ferner kann die Vakuumkammeranordnung 100 beispielsweise einen (z.B. vakuumdichten) Versorgungsschlauch 112 aufweisen. Der Versorgungsschlauch 112 kann beispielsweise die erste Versorgungsdurchführung 102v der Vakuumkammer 102 mit der zweiten Versorgungsdurchführung 108v des Versorgungsgehäuses 108 verbinden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Umfangswandung des Versorgungsschlauchs 112 vakuumdicht sein.
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2A und 2B veranschaulichen eine Vakuumkammeranordnung 100 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Dabei weist die Vakuumkammer 102 eine Schleusenkammer 202a und mindestens eine Prozesskammer 202b auf. Ferner kann eine Ventilanordnung 202s (z.B. ein Klappenventil, ein Schiebeventil oder ein anderes geeignetes Vakuumventil) verwendet werden zum vakuumtechnischen Separieren der Schleusenkammer 202a von der mindestens einen Prozesskammer 202b.
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Die mindestens eine Prozesskammer 202b kann beispielsweise eine Heizkammer und eine Beschichtungskammer aufweisen. Die Prozesskammer 202b kann auch als Prozessierbereich 202b bezeichnet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Versorgungsdurchführung 102v in einem Kammerwandabschnitt 202w der Schleusenkammer 202a angeordnet sein, und die Lageranordnung 106 kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass zumindest der Substrathalter 110 der Substrathalteanordnung 104 aus der Schleusenkammer 202a in die mindestens eine Prozesskammer 202b hinein bewegt werden kann und/oder dass zumindest der Substrathalter 110 der Substrathalteanordnung 104 aus der mindestens einen Prozesskammer 202b in die Schleusenkammer 202a bewegt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Versorgungsstruktur 108s die elektrischen Antriebsvorrichtungen der mehreren Antriebsstränge (z.B. einen oder mehrere Elektromotoren) aufweisen zum Antreiben des Positionierens des mindestens einen Substrats, wie unten ausführlicher beschrieben wird.
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Der Substrathalter 110 kann beispielsweise ein oder mehrere Gelenke aufweisen, welche ein oder mehrere Bewegungsfreiheitsgrade bereitstellt zum Positionieren des mindestens einen Substrats mittels des Substrathalters 110.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Substrathalteanordnung 104 mittels der Lageranordnung 106 zwischen zumindest einer ersten und einer zweiten Position beweglich 106b gelagert sein. Der Substrathalter 110 kann beispielsweise in der ersten Position innerhalb der Schleusenkammer 202a angeordnet sein und in der zweiten Position innerhalb der mindestens einen Prozesskammer 202b.
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Anschaulich kann der Substrathalter 110 an verschiedenen Positionen in der Vakuumkammer 102 positioniert werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen dient die Lageranordnung 106 dem Positionieren der gesamten Substrathalteanordnung 104 in der Vakuumkammer 102 und der Substrathalter 110 der Substrathalteanordnung 104 dient dem Positionieren der Substrate relativ zu einer Prozessiervorrichtung 204 zum Prozessieren der Substrate, z.B. zum homogenen Beschichten der Substrate.
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Zum Bestücken des Substrathalters 110 der Substrathalteanordnung 104 mit mindestens einem Substrat oder zum Entnehmen mindestens eines Substrats aus der Vakuumkammer kann der Substrathalter 110 bzw. die Substrathalteanordnung 104 in die Schleusenkammer 202a bewegt werden, die Prozesskammer 202b kann mittels der Ventilanordnung 202s von der Schleusenkammer 202a separiert werden, und die Schleusenkammer 202a kann beispielsweise geöffnet werden, so dass ein Zugang zu dem Substrathalter 110 bereitgestellt ist.
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Die Vakuumkammeranordnung 100 kann beispielsweise eine als Beschichtungsquelle ausgebildete Prozessierquelle 204 aufweisen. Die Beschichtungsquelle kann einen oder mehrere Tiegel aufweisen, in welchem/welchen Verdampfungsgut (auch als Sublimationsgut bezeichnet) vorgehalten sein kann. Die Verdampfungsenergie kann mittels einer oder mehrerer Elektronenstrahlkanonen bereitgestellt sein oder werden. Bei einem Beschichten der Substrate mittels Elektronenstrahlverdampfens kann der mindestens eine Tiegel unterhalb der Substrate angeordnet sein, so dass die Substrate von unten her beschichtet werden. Alternativ dazu kann eine andere Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten der Substrate verwendet werden, z.B. eine Sputteranordnung oder Ähnliches.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Substrathalter 110 mindestens einen ersten schwenkbar gelagerten Tragarm und einen zweiten schwenkbar gelagerten Tragarm aufweisen. Ein schwenkbar gelagerter Tragarm weist jeweils mindestens einen drehbar gelagerten Substrathalter auf, der jeweils eine oder mehrere drehbar gelagerte Substrataufnahmen aufweisen kann, zum Aufnehmen und Positionieren des mindestens einen Substrats.
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Ferner kann die Vakuumkammer 102 eine oder mehrere vakuumdicht verschließbare Prozesskammern 202b, Schleusenkammern 202a, etc., aufweisen. Die einzelnen Kammern können mittels einer Evakuierungseinrichtung (z.B. aufweisend eine oder mehrere Vakuumpumpen und, z.B. optional, eine Gaszuführung) auf eine vordefinierte Prozessatmosphäre mit einem Druck von weniger als 1 mbar, z.B. weniger als 10-2 mbar, z.B. weniger als 10-4 mbar, z.B. weniger als 10-6 mbar gebracht werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Prozessieren der Substrate, insbesondere das Beschichten einer oder mehrerer Turbinenschaufeln mit einer thermischen Schutzschicht, bei einer Prozesstemperatur von beispielsweise größer als 800°C erfolgen. Thermische Schutzschichten, sogenannten thermal-barrier-coatings (TBC) können beispielsweise aus yttriumstabilisiertem Zirconiumdioxid (ZrO2) gebildet sein oder werden. Alternativ dazu können andere geeignete (z.B. metallische und/oder keramische) Materialien als funktionale Schichten auf den Substraten abgeschieden werden, z.B. Haftvermittlerschichten (auch als bond-coat bezeichnet).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Versorgungsschlauch 112 vakuumdicht und flexibel sein und eine Länge derart aufweisen, dass die Substrathalteanordnung 104 innerhalb der Vakuumkammer 102 bewegt 106b werden kann, während gleichzeitig der vakuumdichte Versorgungsschlauch 112 die erste Versorgungsdurchführung 102v und die zweite Versorgungsdurchführung 108v miteinander verbindet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise ein Wellschlauch (z.B. ein ISO-KF oder ISO-CF-Schlauch) als Versorgungsschlauch 112 verwendet werden.
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Der beispielsweise vakuumdichte Versorgungsschlauch 112, das vakuumdichte Versorgungsgehäuse 108 sowie die erste Versorgungsdurchführung 102v und die zweite Versorgungsdurchführung 108v können derart eingerichtet sein oder werden, dass das Innere des Versorgungsschlauchs 112 sowie das Innere des Versorgungsgehäuses 108 von dem Inneren der Vakuumkammer 102 vakuumtechnisch separiert ist. In dem Versorgungsschlauch 112 und in dem Versorgungsgehäuse 108 kann somit beispielsweise ein höherer Druck (z.B. normaler Atmosphärendruck) als in der Vakuumkammer bereitgestellt sein oder werden.
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Innerhalb des Versorgungsschlauchs 112 kann beispielsweise mindestens eine elektrische Versorgungsleitung, beispielsweise für die mehreren Antriebsstränge, und/oder mindestens eine Kühlmittelversorgungsleitung angeordnet sein oder werden.
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Die Lageranordnung 106 kann beispielsweise eine Bewegungsebene definieren (auch als Transportebene bezeichnet), innerhalb derer die Substrathalteanordnung 104 mittels der Lageranordnung 106 bewegt 106b werden kann. Ferner kann der Versorgungsschlauch 112 in einer Versorgungsebene geführt werden, die senkrecht oder parallel zu der Bewegungsebene ausgerichtet ist.
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Der Versorgungsschlauch 112 kann beispielsweise eine gemeinsame Schutzhülle für mehrere Versorgungsleitungen bilden, wobei die mehreren Versorgungsleitungen innerhalb des Versorgungsschlauchs 112 von außerhalb der Vakuumkammer 102 in das Versorgungsgehäuse 108 geführt werden können. Alternativ dazu kann der Versorgungsschlauch 112 auch nur eine Versorgungsleitung führen oder als eine Versorgungsleitung eingerichtet sein.
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Der Versorgungsschlauch 112 kann beispielsweise flexibel sein, z.B. derart, dass dieser beispielsweise mit einem Biegeradius von weniger als 1 m in der Vakuumkammer geführt werden kann.
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3A und 3B veranschaulicht einen Substrathalter 110 in einer schematischen Ansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Der Substrathalter 110 ist beispielsweise zum Halten mehrerer Substrate 306 eingerichtet. Wie vorangehend beschrieben ist, kann der Substrathalter 110 an dem Versorgungsgehäuse 108 montiert sein oder werden bzw. mittels eines Antriebssystems 312, das zumindest abschnittsweise in dem Versorgungsgehäuse 108 angerordnet ist, gelagert und bewegt werden. Das Antriebssystem 312 mit mehreren unabhängigen Antriebssträngen 312a, 312b, 312c, 312d (312a-d) ist ausführlicher in 3B veranschaulicht.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Antriebssystem 312 und der Substrathalter 110 derart eingerichtet sein, dass ein vordefiniertes Bewegungsbild auf die Substrate 306 übertragen werden kann. Es versteht sich, dass dazu eine entsprechend eingerichtete Mechanik, beispielsweise aufweisend Motoren, Zahnräder, Zahnriemen, Flachriemen, Rollen, Scheiben, etc., verwendet werden kann sowie eine entsprechend eingerichtete Steuervorrichtung 316.
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Die Steuervorrichtung 316 kann beispielsweise ein Mikroprozessor, eine integrierte Schaltung, eine Anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine Schnittstelle zu einem Computer und/oder eine Software sein. Die Steuervorrichtung 316 ist mit jedem Antriebsstrang 312a-d verbunden, um ihn unabhängig von den anderen Antriebssträngen 312a-d zu betreiben, beispielsweise anzusteuern.
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In einer Ausgestaltung, können mehrere (z.B. zwei) Tragarme 302a, b verwendet werden, die mittels eines Gelenks 302s schwenkbar und/oder rotierbar gelagert sind, wobei an jedem der mehreren Tragarme 302a, b mehrere Substrataufnahmen 310 montiert sein können. Die Substrataufnahmen 310 können beispielsweise mittels eines weiteren Gelenks 304r schwenkbar und/oder rotierbar gelagert sein. Die Substrataufnahmen 310 sind beispielsweise derart eingerichtet, dass jeweils mindestens ein Substrat 306 an jeder der Substrataufnahmen 310 fixiert werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schwenk/Rotations-Achse (veranschaulicht in 3A mittels eines Doppelpfeils) des Gelenks 302s in einem Winkel (z.B. in einem im Wesentlichen rechten Winkel) zu der Schwenk/Rotations-Achse (veranschaulicht in 3A mittels eines Doppelpfeils) des weiteren Gelenks 304r ausgerichtet sein. Es versteht sich, dass andere Konfigurationen verwendet werden können, um ein oder mehrere Substrate 306 entsprechend mittels des Substrathalters 110 zu Halten und gegebenenfalls zu positionieren (z.B. auszurichten, zu drehen, zu schwenken, etc.).
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Ein Antriebsstrang 312a-d weist in verschiedenen Ausführungsformen eine Antriebsvorrichtung 308a, 308b, 308c, 308d (308a-d) (Quelle einer Antriebsleitung) und einen Verbraucher der Antriebsleistung (Senke), beispielsweise ein Tragarm 302a, 302b oder Substrathalter 302a, 302b mit drehbar gelagert Substrataufnahmen 310, auf. Die Antriebsleistung kann mittels eines mechanischen Kopplungselements 314a, 314b, 314c, 314d (314a-d) von der Antriebsvorrichtung 308a-d an den Verbraucher 302a, 302b, 310 übertragen werden, wobei das mechanische Kopplungselement 314a-d mit der Antriebsvorrichtung 308a-d und dem Verbraucher 302a, 302b, 304a, 304b, 310 mechanisch und/oder elektrisch gekoppelt ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die Substrathalteanordnung 104 auf: einen ersten Antriebsstrang 312a mit einem ersten Substrathalter 304a, wobei der erste Substrathalter 304a zum drehbaren Halten eines oder mehrerer Substrate 306 eingerichtet ist, einen zweiten Antriebsstrang 312b mit einem ersten Tragarm 302a, wobei der erste Substrathalter 304a von dem ersten Tragarm 302a drehbar gehalten wird, einen dritten Antriebsstrang 312c mit einem zweiten Substrathalter 304b, wobei der zweite Substrathalter 304b zum drehbaren Halten eines oder mehrerer Substrate 306 eingerichtet ist, und einen vierten Antriebsstrang 312d mit einem zweiten Tragarm 302b, wobei der zweite Substrathalter 304b von dem zweiten Tragarm 302b drehbar gehalten wird. Der erste, zweite, dritte und vierte Antriebsstrang 312a, 312b, 312c, 312d sind jeweils unabhängig voneinander steuerbar eingerichtet.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b unabhängig voneinander beweglich gelagert, beispielsweise unabhängig voneinander drehbar gelagert.
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Gemäß einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der zweite Antriebsstrang 312b und der vierte Antriebsstrang 312d jeweils eine Antriebsvorrichtung und ein mechanisches Koppelelement, das mit einer Antriebsvorrichtung verbunden ist, auf und das mechanische Koppelelement ist eingerichtet, die Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung für das Drehen der Substrataufnahme(n) 310 des Substrathalters 304a, b an den Substrathalter 304a, b zu übertragen. Anschaulich wird dadurch eine oder mehrere Substrataufnahmen 310 des Substrathalters 304a, b gedreht.
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Gemäß einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der erste Antriebsstrang 312a und der dritte Antriebsstrang 312c jeweils eine Antriebsvorrichtung und ein mechanisches Koppelelement, das mit der Antriebsvorrichtung verbunden ist, auf und das mechanische Koppelelement ist eingerichtet, die Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung für das Schwenken des Tragarmes 302a, b an den Tragarm 302a, b zu übertragen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mechanischen Koppelelemente 314a, 314b, 314c und 314d Wellen, Lagerstellen, Zahnrädern, beispielsweise Zugmittelgetriebe, beispielsweise Flachriemen, Keilriemen, Zahnriemen oder Kettengetriebe, sein oder eine Kombination davon, beispielsweise sämtliche mechanische Komponenten eines Antriebsstranges unbeachtlich der Antriebsvorrichtung.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist der erste Antriebsstrang 312a und der dritte Antriebsstrang 312c jeweils eine erste Antriebsvorrichtung auf, und der zweite Antriebsstrang 312b und der vierte Antriebsstrang 312d weist jeweils eine zweite Antriebsvorrichtung auf, die unterschiedlich zu der ersten Antriebsvorrichtung ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weisen der erste, zweite, dritte und vierte Antriebsstrang 312a, 312b, 312c, 312d jeweils eine Antriebsvorrichtung auf, und die Substrathalteanordnung 104 ist derart eingerichtet ist, dass die Antriebsvorrichtungen des ersten, zweiten, dritten und vierten Antriebstranges außerhalb des Vakuumbereiches angeordnet sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind der erste und zweite Tragarm 302b und der erste und zweite Substrathalter 304b im Vakuumbereich angeordnet sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist Vakuumkammeranordnung 100 eine Steuervorrichtung 316 auf, die mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Antriebsstrang 312d in Verbindung steht (in 3B mittels der Strich-Punkt-Linie veranschaulicht) und eingerichtet ist, die Bewegung des ersten und zweiten Tragarmes 302b und des ersten und zweiten Substrathalters 304a, b, beispielsweise der jeweiligen Substrataufnahmen 310, zu steuern.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuervorrichtung 316 derart eingerichtet, dass der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b in eine gleiche Drehrichtung um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuervorrichtung 316 derart eingerichtet, dass die Steuervorrichtung 316 derart eingerichtet ist, dass der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b in entgegengesetzte Drehrichtungen um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuervorrichtung 316 derart eingerichtet, dass bei einem Schwenken eines Tragarmes des ersten und zweiten Tragarm 302bes um einen Winkel mit einer Winkelgeschwindigkeit, die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Substrathalters abhängig vom Winkel und der Winkelgeschwindigkeit des Tragarmes angepasst wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Prozessieren eines Substrates in einer Vakuumkammeranordnung 100 bereitgestellt, wobei die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einer oben beschriebenen Ausführungsform eingerichtet ist. Das Verfahren weist ein Schwenken des ersten Tragarms 302a unabhängig von der Bewegung oder Position des zweiten Tragarms 302b auf.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Prozessieren eines Substrates in einer Vakuumkammeranordnung 100 bereitgestellt, wobei die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einer oben beschriebenen Ausführungsform eingerichtet ist. Das Verfahren weist ein Anpassen der Winkelgeschwindigkeit beim Drehen des Substrathalters abhängig vom Winkel und der Winkelgeschwindigkeit des Tragarmes, wenn der Tragarm des ersten und zweiten Tragarmes 302b um einen Winkel mit einer Winkelgeschwindigkeit geschwenkt wird, auf.
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Die beschriebenen Verfahren können gemäß einigen Ausführungsformen aufweisen, dass der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b in eine gleiche Drehrichtung um eine gemeinsame Drehachse gedreht werden. Der erste Tragarm 302 und der zweite Tragarm 302b können sich dabei in einer gemeinsamen Ebene befinden.
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Die beschriebenen Verfahren können gemäß einigen Ausführungsformen aufweisen, dass der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b in entgegengesetzte Drehrichtungen um eine gemeinsame Drehachse gedreht werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann, beispielsweise aufgrund hoher Prozesstemperatur, die zum Beschichten oder anderweitigen Prozessieren der Substrate verwendet werden, eine Kühlstruktur in der Vakuumkammer 102 vorgesehen. Beispielsweise weist die Substrathalteanordnung 104 zumindest abschnittsweise eine Kühlstruktur auf. Die Kühlstruktur ist zum Kühlen (mit anderen Worten: zum Abführen von Abwärme von der zu kühlenden Struktur) eingerichtet. Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlstruktur eingerichtet sein, den Anteil einwirkender Wärme auf die zu kühlende Struktur zu reduzieren. Beispielsweise weist die Kühlstruktur Wärmeschutzbleche oder Ähnliches auf.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlstruktur zum Kühlen des ersten und/oder zweiten Substrathalters 304a, 304b eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich ist die Kühlstruktur zum Kühlen des ersten und/oder zweiten Tragarms 302a, 302b eingerichtet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlstruktur einen Kühlkanal oder mehrere, unabhängige Kühlkanäle aufweisen, beispielsweise jeweils oder insgesamt für die Tragarme 302a, 302b und die Substrathalter 304a, 304b. Ein Kühlkanal ist beispielsweise zum Führen einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, eingereicht. Mit anderen Worten: die Kühlstruktur kann eine Wasserkühlung der Substrathalteanordnung 104 oder eines Teils davon sein. Beispielsweise weist der zu kühlende Teil der Substrathalteanordnung 104 ein doppelwandiges Gehäuse auf, wobei zwischen der Doppelwand im Betrieb Wasser hindurchgeführt wird.
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Es versteht sich, dass zum Kühlen der Substrathalteanordnung 104 mindestens ein entsprechend eingerichteter Kühlkreislauf bereitgestellt ist kann, z.B. aufweisend Kühlleitungen, Sensoren, Ventile, etc. Beispielsweise ist innerhalb des Versorgungsschlauchs 112 mindestens eine Kühlmittelversorgungsleitung angeordnet mittels der für die Kühlstruktur der Substrathalteanordnung 104 ein „kaltes“ Kühlmittel zugeführt werden kann und ein „erwärmtes“ Kühlmittel von der Substrathalteanordnung 104 abgeführt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen weist die Vakuumkammer 102 zwei Schleusenkammern 202a und mindestens drei Prozesskammern 202b auf. Ferner kann eine Ventilanordnung 402s zum vakuumtechnischen Separieren der jeweiligen Schleusenkammer 202a von einer an diese angrenzenden Prozesskammer 202b verwendet werden. Mehrere weitere Ventilanordnungen 402s können zum vakuumtechnischen Separieren aneinander benachbarter Prozesskammern 202b verwendet werden.
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Die mehreren Prozesskammern 202b können beispielsweise zwei Heizkammern 302b und eine zwischen den beiden Heizkammern angeordnete Beschichtungskammer 302c aufweisen. Die Substrate können der Beschichtungskammer 302c von zwei einander gegenüberliegenden Seiten zugeführt werden, z.B. mittels jeweils einer Substrathalteanordnung 104, einer Lageranordnung 106 und einem Versorgungsschlauch 112, wie vorangehend beschrieben ist. Anschaulich können Substrate mittels einer ersten Substrathalteanordnung 104 und einer zweiten Substrathalteanordnung 104 in die Beschichtungskammer 302c transportiert werden, und nacheinander bzw. abwechselnd beschichtet werden.
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Mit anderen Worten:
- Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Prozessieranordnung (z.B. eine Vakuumanlage) bereitgestellt, welche eingerichtet ist, mindestens ein Substrat 306 mehrseitig, beispielsweise doppelseitig, zu behandeln (zu prozessieren). Die Prozessieranordnung ist beispielsweise eine Beschichtungsanlage, welche das einseitige oder zweitseitige Beschichten von nebeneinander gehalten Substraten (d.h. deren Vorderseite und Rückseite) ermöglichen.
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Die Prozessieranordnung kann aufweisen: eine Prozessierkammer mit einem Prozessierbereich 202b; mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung, welche in dem Prozessierbereich 202b der Prozessierkammer angeordnet ist; und eine Substrathalteanordnung zum Transportieren und/oder Positionieren der Substrate 306 bezüglich der Bearbeitungsvorrichtung in dem Prozessierbereich 202b. Die Substrathalteanordnung weist mindestens einen ersten Tragarm mit einem ersten Substrathalter 304a, 304b und einen zweiten Tragarm mit einem zweiten Substrathalter 304a, 304b mit einer Substrathalteanordnung 104 auf. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ist erste Tragarm unabhängig von dem zweiten Tragarm bewegbar eingerichtet.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in der Prozessieranordnung (z.B. einer Vakuumanlage und/oder einer Durchlaufanlage) mittels der Bearbeitungsvorrichtung ein Beschichtungsprozess (d.h. ein Beschichten des Substrats) erfolgen, wie z.B. die Kathodenzerstäubung (das so genannte Sputtern oder Magnetronsputtern). Beispielsweise können Wafer und kleinflächigere Substrate 306 einseitig und/oder beidseitig bearbeitet werden, z.B. beschichtet werden. Eine solche Prozessieranordnung kann z.B. in der Photovoltaik eingesetzt werden, z.B. zum Herstellen zumindest eines der folgenden Zellkonzepte: einer Heteroübergang-Technologie (Heterojunction Technology - HJT) Solarzelle, einer Finger-Rückseitenkontakt (Interdigitated Back Contact- IBC) Solarzelle, einer Durchkontaktierung (Wrap-Through - WT) Solarzelle, einer (Aluminium) Rückseitenfeld (Back Surface Field - BSF) Solarzelle, einer passivierter Emitter und Rückseite (passivated emitter and rear cell -PERC) Solarzelle, einer passivierter Emitter mit lokal diffundiertem Rückseitenkontakt (passivated emitter rear locally diffused - PERL) Solarzelle, oder einer passivierter Emitter mit vollständig diffundiertem Rückseitenkontakt (passivated emitter rear totally diffused - PERT) Solarzelle. Außer der Heteroübergang-Technologie (Heterojunction Technology - HJT) Solarzellen können die genannten Zellkonzepte lediglich das einseitige Bearbeiten von Substraten, z.B. der Wafer, erfordern.
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Die Prozessierkammer kann als Vakuumkammer oder als Atmosphärendruckkammer oder als Überdruckkammer eingerichtet sein und/oder betrieben werden. Die Prozessierkammer kann über ein nicht dargestelltes Schleusensystemmit einer Chargierkammer verbunden sein Die Prozessierkammer kann derart eingerichtet sein, dass darin eine Prozessumgebung (aufweisend Prozessdruck, Prozessgaszusammensetzung, Prozesstemperatur, usw.) eingestellt und/oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann die Prozessierkammer druckstabil (z.B. bis mindestens 1 bar Druckunterschied), gasdicht und/oder staubdicht eingerichtet sein. Das Bearbeiten des ersten Substratsund/oder des zweiten Substrats kann in einem Überdruck (größer 1 bar), Atmosphärendruck ungefähr 1 bar, Unterdruck (kleiner 1 bar) oder Vakuum (kleiner 0,3 bar), z.B. Feinvakuum (kleiner 1 mbar), z.B. Hochvakuum (kleiner 10-3 bar), z.B. Ultrahochvakuum (kleiner 10-7 bar), erfolgen. Zum Einstellen und/oder Regeln der Prozessgaszusammensetzung kann dem Inneren der Prozessierkammer ein Gas aufweisend zumindest ein Reaktivgas und/oder ein Arbeitsgas zugeführt werden, z.B. mittels einer Gaszuführung. Zum Einstellen und/oder Regeln des Prozessdrucks kann die Prozessierkammer mit einer Pumpenanordnung aufweisend zumindest eine Vorpumpe und/oder eine Vakuumpumpe gekuppelt sein, welche das Innere der Prozessierkammer abpumpen. Zum Einstellen und/oder Regeln der Prozesstemperatur kann die Prozessieranordnung Heizvorrichtungen und/oder Kühlvorrichtungen aufweisen, welche dem Inneren der Prozessierkammer, oder zumindest den darin transportierten Substrat 306, thermische Energie zuführen (zum Heizen) oder entziehen (zum Kühlen) können. Die Prozessierkammer ist beispielsweise eine Vakuumkammer (oder eine Kammer mit zumindest einem Unterdruck), die durch einen Saugstutzen evakuierbar ist. In einer Vakuumanlage, in der ein Beschichtungsprozess erfolgt, wie z.B. die Kathodenzerstäubung (das so genannte Sputtern oder Magnetronsputtern), können Wafer und kleinflächigere Substrate 306 beidseitig bearbeitet werden, z.B. beschichtet werden. D.h. ein und dasselbe Substrat 306 kann in einem Verfahrensdurchlauf beidseitig bearbeitet werden. Solche Konzepte werden z.B. in der Photovoltaik eingesetzt, z.B. in dem Zellkonzept der Heteroübergang-Technologie (Heterojunction Technology - HJT) Solarzellen.
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Die Bearbeitungsvorrichtung kann zum Bereitstellen eines gasförmigen Beschichtungsmaterials eingerichtet sein, z.B. eine Materialdampfquelle, z.B. eine physikalische Dampfphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD) Materialdampfquelle sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist eine Bearbeitungsvorrichtung in der Prozessierkammer als eine langgestreckte Materialquelle eingerichtet. Die Materialquelle weist beispielsweise die Form eines Verdampfertiegels auf. Über dem Verdampfertiegel und in Richtung seiner Längsachse werden mehrere Substrate 306 angeordnet.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozessieranordnung in dem Prozessierbereich 202b mindestens eine erste Bearbeitungsvorrichtung und ein zweite Bearbeitungsvorrichtung aufweisen.
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Die erste Bearbeitungsvorrichtung kann zum Bearbeiten zumindest eines ersten Substrats eingerichtet sein, z.B. zum Beschichten, zum Bestrahlen, zum Ätzen, usw. Die zweite Bearbeitungsvorrichtung kann zum Bearbeiten zumindest eines zweiten Substrats eingerichtet sein, z.B. zum Beschichten, zum Bestrahlen, zum Ätzen, usw, z.B. gleich oder unterschiedlich zur ersten Bearbeitungsvorrichtung. Die erste Bearbeitungsvorrichtung und/oder die zweite Bearbeitungsvorrichtung können zum Beschichten zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: eine physikalische Materialdampfquelle (zum Beschichten mittels physikalischer Gasphasenabscheidung), wie z.B. ein Magnetron (auch als Sputterquelle bezeichnet, optional in Verbindung mit einer Reaktivgasquelle zum reaktiven Sputtern), einen Laserstrahlverdampfer, einen Lichtbogenverdampfer, einen Elektronenstrahlverdampfer und/oder einen thermischen Verdampfer; oder eine chemische Materialdampfquelle (zum Beschichten mittels chemischer Gasphasenabscheidung), wie z.B. eine Reaktionsgasquelle optional in Verbindung mit einer Plasmaquelle (zum Beschichten mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung) aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die erste Bearbeitungsvorrichtung und/oder die zweite Bearbeitungsvorrichtung zum Abtragen von Material zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: eine Plasmaquelle, eine Ionenstrahlquelle oder eine Ätzgasquelle. Alternativ oder zusätzlich können die erste Bearbeitungsvorrichtung und/oder die zweite Bearbeitungsvorrichtung zum Bestrahlen zumindest eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: eine Ionenstrahlquelle, eine Elektronenstrahlquelle oder eine Lichtquelle (z.B. Blitzlampen und/oder Laser).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Bearbeiten des ersten Substrats und das Bearbeiten des zweiten Substrats zumindest teilweise gleichzeitig erfolgen. Mit anderen Worten können sich das Bearbeiten des ersten Substrats und das Bearbeiten des zweiten Substrats zumindest teilweise zeitlich überlappen. Alternativ können das Bearbeiten des ersten Substrats und das Bearbeiten des zweiten Substrats nacheinander erfolgten, d.h. in einem zeitlichen Abstand zueinander erfolgen.
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Mittels der ersten Bearbeitungsvorrichtung kann das erste Substrat 306, z.B. dessen erste Seite, z.B. von unten (anschaulich dessen Unterseite) bearbeitet werden. Mittels der zweiten Bearbeitungsvorrichtung kann das zweite Substrat 306, z.B. dessen erste Seite, z.B. von oben (anschaulich dessen Oberseite) bearbeitet werden.
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Beispielsweise können Magnetrons als Beschichtungsvorrichtungen als Bearbeitungsvorrichtungen verwendet werden. Ferner können Elektronenstrahlverdampfer als Beschichtungsvorrichtungen als Bearbeitungsvorrichtungen verwendet werden.
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Beispielsweise kann das Substrat 306 oder können die Substrate 306 mit zumindest einem von Folgendem beschichtet werden: eine funktionale Schicht, eine Korrosionsschutzschicht, eine optisch aktive Schicht, eine Schutzschicht, eine elektrisch leitfähige Schicht, eine elektrisch isolierende Schicht, eine Versiegelung, eine Keimschicht, eine Oberflächenveredelung. Beispielsweise kann eine funktionale Schicht auf Folie oder Hartmaterial aufgebracht werden (z.B. für die Batterietechnik). Beispielsweise kann eine Metallbeschichtung und/oder eine Beschichtung aus dielektrischem Material auf Glas aufgebracht werden (z.B. für Brillen, Fenster, Handys und/oder Architekturgas). Beispielsweise kann eine elektrisch leitfähige Schutzschicht, eine funktionale Schicht oder eine Korrosionsschutzschicht auf eine Metallfolie aufgebracht werden (z.B. für die Brennstoffzellentechnik). Beispielsweise kann eine Keimschicht auf einen Wafer aufgebracht werden (z.B. für die Halbleitertechnik). Die Keimschicht kann z.B. Nickel (Ni) und/oder Kupfer (Cu) aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Keimschicht kann nachfolgend galvanisch weiter beschichtet werden, z.B. zum Ausbilden von Metallschichten.
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Die hierin beschriebene Substrathalteanordnung kann zum Transportieren und/oder Positionieren der mehreren Substrate 306 in einer Prozessierkammer (z.B. in einer Vakuumkammer oder einer Atmosphärendruckkammer oder einer Überdruckkammer) verwendet werden. Dabei kann die Prozessierkammer eine oder mehrere Prozessiervorrichtungen (z.B. Beschichtungsvorrichtungen) aufweisen zum einseitigen oder beidseitigen Prozessieren (z.B. Beschichten) der mehreren Substrate 306 in einem Prozessierbereich 202b (z.B. Beschichtungsbereich) der Prozessierkammer. In der Ausführungsform mit der mindesten einer ersten Bearbeitungsvorrichtung und einer zweiten Bearbeitungsvorrichtung ist das Transportsystem zum Transportieren und/oder Positionieren der Substrate 306 zwischen den zwei Bearbeitungsvorrichtungen eingerichtet. Der erste und zweite Substrathalter 304a, 304b sind Teil der Substrathalteanordnung Transportsystems, die ein Rotieren und ein Schwenken der mehreren Substrate 306 in der Prozessierkammer ermöglicht. Das Transportsystem ist derart eingerichtet, dass der erste Substrathalter 304a, 304b unabhängig von dem zweiten Substrathalter 304a, 304b in der Prozessierkammer geschwenkt und rotiert werden kann, wie unten noch ausführlicher beschrieben wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Substrathalteanordnung jedoch auch mehr als zwei Tragarme 302a, 302b mit einem Substrathalter 304a, 304b und/oder mehrere Substrathalter 304a, 304b je Tragarm aufweisen. Zum vakuumtechnischen Absaugen, bzw. zur Gasdesorption, kann der Substrathalter 304a, 304b mechanische, z.B. PVD-taugliche, Kanäle aufweisen, welche sich bei Beschichtungen anschaulich nicht zusetzen, bzw. ex-situ gereinigt werden können. Die Neigung, der Winkel, des ersten oder zweiten Tragarmes bzw. des ersten oder zweiten Substrathalterst kann einen Wert bezüglich einer Normalenrichtung, welche senkrecht zu einer Bearbeitungsrichtung der Bearbeitungsvorrichtung verläuft und/oder senkrecht zu dem Substrat 306 verläuft, aufweisen in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 40°, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10° bis ungefähr 30°, z.B. ungefähr 20°. Der erste Tragarm und der zweite Tragarm können beispielsweise einen Winkel zueinander aufspannen, der beispielsweise in eine, Bereich von 0° bis 180° liegt, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0° bis ungefähr 90°, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10° bis ungefähr 30°, z.B. ungefähr 20°.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die hierin beschriebene Substrathalteanordnung zum Transportieren von Substraten, z.B. Wafern, in einer Prozesskammer, z.B. in einer horizontalen Beschichtungsanlage, verwendet werden, z.B. zum Beschichten der Substrate 306 mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) und/oder chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Dabei kann die Substrathalteanordnung derart bereitgestellt und die Bearbeitungsvorrichtung derart eingerichtet sein, dass die Substrate 306 von unten und/oder von oben beschichtet werden können, z.B. gleichzeitig von unten und von oben, oder z.B. nacheinander von unten und von oben ohne Ausschleusen der Substrate 306 aus der Beschichtungsanlage.
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Die Begriffe Oberseite und Unterseite der Substrate 306 können auf die Oberseite und Unterseite eines flächigen, plattförmiges Substrat 306 bezogen sein. Die Substrathalteanordnung kann derart eingerichtet sein, dass das Substrat 306 beliebig im Raum ausgerichtet werden kann. Beispielsweise kann die Substrathalteanordnung derart eingerichtet sein, dass eine Seite des Substrats vertikal (d.h. quer zur Gravitationskraft), horizontal (d.h. parallel zur Gravitationskraft) und/oder in einem anderen Winkel zur Bearbeitungsvorrichtung ausgerichtet werden kann. Die mehreren Substrate 306 werden von mindestens einem ersten Substrathalter 304a und einem zweiten Substrathalter 304b gehalten.
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An den einander zugerichteten Innenseiten der Substrathalter 304a, 304b sind Kupplungen bzw. Substrathaltevorrichtungen für die Substrate 306 angeordnet, wobei die Rotationsachsen der Kupplungen bzw. die Substrathaltevorrichtungen in einem Winkel, beispielsweise senkrecht, zur oben genannten Symmetrieebene ausgerichtet sind.
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Ein Substrathalter 304a, 304b kann jeweils eine oder mehrere Substrataufnahmen 310 aufweisen.
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Eine Substrataufnahme 310 ist jeweils zum Halten eines Substrats eingerichtet. Eine Substrataufnahme 310 ist eine Haltevorrichtung, die ein Substrat 306 am Substrathalter 304a, 304b hält, beispielsweise mittels einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung.
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Eine Substrataufnahme 310 kann drehbar in dem Substrathalter 304a, 304b gelagert eingerichtet sein. Mittels einer Drehung bzw. Rotation der Substrataufnahme 310 kann somit das Substrat 306 um eine Achse gedreht bzw. rotiert werden, die in einem Winkel, beispielsweise senkrecht, zu dem Substrathalter 304a, 304b orientiert ist. Die Drehung bzw. Rotation einer Substrathalteanordnung 104 kann mittels eines mechanischen Kopplungselements erfolgen, das mit einer Antriebsvorrichtung des Antriebsstranges des Substrathalters verbunden ist, der außerhalb des Prozessierbereiches 202b angeordnet ist.
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Die Konstruktion der Substrataufnahme 310 kann derart ausgeführt sein, dass ein automatisches Beladen und Entladen von Wafern und Masken möglich ist.
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Bei einem beidseitig maskierten Prozess mit dem Ziel einer gleichmäßigen Beschichtung der Oberseite und der Unterseite der Substrate 306 kann es beispielsweise notwendig oder hilfreich sein, beidseitig dieselben geometrischen Bedingungen (z.B. Targetabstand, Gastrennung, Wirkfläche, Eingriffswinkel, Abschattung etc.) zu realisieren.
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Die Substrataufnahme 310 kann optional eine Kassette aufweisen, welche ermöglicht zumindest eine Kassette mit zumindest einem darin eingelegten Substrat 306 einzulegen.
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Die Substrathalter 304a, 304b und Tragarme 302a, 302b können als Hohlkörper ausgebildet sein. Die Hohlkörper können jeweils eine Antriebswelle umschließen. Alternativ können die Hohlkörper eine oder mehrere elektrische Leitungen umschließen, die jeweils mit einem Antrieb verbunden sind.
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Die Antriebswellen können über mechanische Koppelelemente 314a-d, beispielsweise über Winkelgetriebe, mit den Kupplungen und den Antriebsvorrichtungen 308a-d in Verbindung stehen. Mit anderen Worten: Der erste Tragarm kann mit einer erster Antriebsvorrichtung (auch bezeichnet als Motor Tragarm 1) in Verbindung stehen, der zweite Tragarm kann mit einer zweiten Antriebsvorrichtung (auch bezeichnet als Motor Tragarm 2) in Verbindung stehen, der erste Substrathalter 304a kann mit einer dritten Antriebsvorrichtung (auch bezeichnet als Motor Substratrotation 1) in Verbindung stehen, der zweite Substrathalter 304b kann mit einer vierten Antriebsvorrichtung (auch bezeichnet als Motor Substratrotation 2) in Verbindung stehen. Die erste, zweite, dritte und vierte Antriebsvorrichtung können jeweils als separate Motoren implementiert sein. Die Motoren und mechanischen Koppelelemente sind jedoch derart eingerichtet, dass der erste und zweite Tragarm und der erste und zweite Systemträger unabhängig voneinander angesteuert werden können, beispielsweise unabhängig voneinander gedreht bzw. rotiert werden können. Eine unabhängige Steuerung bedeutet, dass die Drehrichtung, der Drehwinkel und die Winkelgeschwindigkeit von erstem und zweitem Tragarm und erstem und zweitem Systemträger jeweils nicht notwendigerweise miteinander gekoppelt sind, sondern unabhängig voneinander eingestellt werden können.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Antrieb mindestens teilweise außerhalb der Prozessierbereiches 202b angeordnet. Beispielsweise befindet sich mindestens eine Antriebsvorrichtung der ersten, zweiten, dritten und vierten Antriebsvorrichtung außerhalb des Prozessierbereiches 202b.
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Zumindest ein Substrat 306 kann eines von Folgendem aufweisen oder daraus gebildet sein: eine Keramik, ein Glas, ein Halbleiter (z.B. amorphes, polykristalliner oder einkristalliner Halbleiter, wie Silizium), ein Metall, ein Polymer (z.B. Kunststoff). Beispielsweise kann ein Substrat 306 bzw. können mehrere Substrate 306 jeweils eine Kunststofffolie, ein Wafer, eine Metallfolie, ein Metallblech oder eine Glasplatte sein.
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Zumindest ein Substrat 306 kann plattenförmig ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine Seite eines Substrats uneben ausgebildet sein, z.B. gewinkelt und/oder strukturiert, beispielsweise im Falle einer Turbinenschaufel als Substrat 306.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Substrathalter (hierin beispielsweise als Substrathalter oder als Substrataufnahme bezeichnet) an einer atmosphärischen Box (hierin beispielsweise als Versorgungsgehäuse bezeichnet) befestigt sein oder werden. In dieser Box befinden sich beispielsweise alle erforderlichen Antriebe und Medienanschlüsse. Die Versorgung der Antriebe und Medienanschlüsse in dieser Box können mittels eines flexiblen (biegbaren und/oder dehnbaren) Versorgungsschlauchs erfolgen. Der Versorgungsschlauch kann beispielsweise die atmosphärische Box mit einem Durchgangsloch in der Kammerwand der Vakuumkammer, in der die atmosphärische Box angeordnet ist, verbinden, so dass ein Zugang von außerhalb der Vakuumkammer in die atmosphärische Box gewährleistet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können alle Bauteile zum vollautomatischen Beladen und/oder Entladen der Wafer und deren Masken eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beladen der Substrathaltevorrichtung mit Substraten nach einer Reinigung aller Teile erfolgen, z.B. nach einer nasschemischen Reinigung oder nach einem Trockeneis-Strahlen.
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Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich aus vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
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Beispiel 1 ist eine Vakuumkammeranordnung 100, die aufweist: eine Vakuumkammer 102; mindestens einen Prozessierbereich 202b, welcher in der Vakuumkammer 102 angeordnet ist; und eine Substrathalteanordnung 104 zum Transportieren und/oder Positionieren von einem Substrat 306 oder mehreren Substraten in dem Prozessierbereich 202b, wobei die Substrathalteanordnung 104 aufweist: einen ersten Antriebsstrang 312a mit einem ersten Substrathalter 304a, wobei der erste Substrathalter 304a zum drehbaren Halten eines oder mehrerer Substrate 306 eingerichtet ist, einen zweiten Antriebsstrang 312b mit einem ersten Tragarm 302a, wobei der erste Substrathalter 304a von dem ersten Tragarm 302a drehbar gehalten wird, einen dritten Antriebsstrang 312c mit einem zweiten Substrathalter 304b, wobei der zweite Substrathalter 304b zum drehbaren Halten eines oder mehrerer Substrate 306 eingerichtet ist, und einen vierten Antriebsstrang 312d mit einem zweiten Tragarm 302b, wobei der zweite Substrathalter 304b von dem zweiten Tragarm 302b drehbar gehalten wird, und wobei der erste, zweite, dritte und vierte Antriebsstrang 312a, 312b, 312c, 312d jeweils unabhängig voneinander steuerbar oder antreibbar eingerichtet sind, wobei der erste Antriebsstrang 312a und der dritte Antriebsstrang 312c jeweils eine Antriebsvorrichtung 308a, 308c und ein mechanisches Koppelelement 314a, 314d, das mit der Antriebsvorrichtung 308a, 308d verbunden ist, aufweist und das mechanische Koppelelement 314a, 314d eingerichtet ist, die Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung 308a, 308d für das Schwenken des Tragarmes 302a, 302b an den Tragarm 302a, 302b zu übertragen, und wobei der zweite Antriebsstrang 312b und der vierte Antriebsstrang 312d jeweils eine Antriebsvorrichtung 308b, 308d und ein mechanisches Koppelelement 314b, 314d, das mit der Antriebsvorrichtung 308b, 308d verbunden ist, aufweist und das mechanische Koppelelement 314b, 314d eingerichtet ist, die Antriebsleistung der Antriebsvorrichtung 308b, 308d für das Drehen des Substrathalters 304a, 304b an den Substrathalter 304a, 304b zu übertragen.
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In Beispiel 2 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß Beispiel 1 optional aufweisen, dass die Prozessiervorrichtung 204 als eine Beschichtungsvorrichtung zum Abscheiden eines Materials auf dem einen Substrat 306 oder den mehreren Substraten eingerichtet ist.
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In Beispiel 3 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß Beispiel 1 oder 2 optional aufweisen, dass der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b unabhängig voneinander beweglich gelagert sind. Der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b sind beispielsweise unabhängig voneinander drehbar gelagert.
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In Beispiel 4 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 3 optional aufweisen, dass die Vakuumkammer 102 eine erste Versorgungsdurchführung 102v aufweist. Die Substrathalteanordnung 104 weist ein vakuumdichtes Versorgungsgehäuse 108 zum Versorgen des Substrathalters 110 mit mindestens einem Versorgungsmedium auf. Das Versorgungsgehäuse 108 weist eine zweite Versorgungsdurchführung 108v auf. Die erste Versorgungsdurchführung 102v ist mittels eines Versorgungsschlauchs 112 mit der zweiten Versorgungsdurchführung 108v verbunden.
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In einem nicht-erfindungsgemäßem Beispiel 5 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional aufweisen, dass der erste Antriebsstrang 312a und der dritte Antriebsstrang 312c jeweils eine erste Antriebsvorrichtung aufweist, und optional aufweisen, dass der zweite Antriebsstrang 312b und der vierte Antriebsstrang 312d jeweils eine zweite Antriebsvorrichtung aufweist, der unterschiedlich zu der ersten Antriebsvorrichtung ist.
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In Beispiel 6 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 5 optional aufweisen, dass die Substrathalteanordnung derart eingerichtet ist, dass die Antriebsvorrichtungen des ersten, zweiten, dritten und vierten Antriebstranges außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sind.
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In Beispiel 7 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 6 optional aufweisen, dass der erste und zweite Tragarm 302b und der erste und zweite Substrathalter 304b im Vakuumbereich angeordnet sind.
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In Beispiel 8 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 7 ferner aufweisend eine Lageranordnung 106 aufweisen, mittels derer die Substrathalteanordnung 104 innerhalb der Vakuumkammer 102 beweglich 106b gelagert ist.
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In Beispiel 9 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 8 ferner eine Steuervorrichtung 316 aufweisen, die mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Antriebsstrang 312a, 312b, 312c, 312d in Verbindung steht und eingerichtet ist, die Bewegung des ersten und zweiten Tragarmes 302a, 302b und des ersten und zweiten Substrathalters 304a, 304b zu steuern.
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In Beispiel 10 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß Beispiel 9 optional aufweisen, dass die Steuervorrichtung 316 derart eingerichtet ist, dass der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b in eine gleiche Drehrichtung um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind.
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In Beispiel 11 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß Beispiel 9 oder 10 optional aufweisen, dass die Steuervorrichtung 316 derart eingerichtet ist, dass der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b in entgegengesetzte Drehrichtungen um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind.
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In Beispiel 12 kann die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 9 bis 11 optional aufweisen, dass die Steuervorrichtung 316 derart eingerichtet ist, dass bei einem Schwenken eines Tragarmes des ersten und zweiten Tragarm 302a, 302b um einen Winkel mit einer Winkelgeschwindigkeit, die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des (jeweiligen) Substrathalters 304a, 304b abhängig vom Winkel und der Winkelgeschwindigkeit des Tragarmes angepasst wird.
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Beispiel 13 ist ein Verfahren zum Prozessieren eines Substrates in einer Vakuumkammeranordnung 100, die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 oder 6 bis 12. Das Verfahren aufweisend ein Schwenken des ersten Tragarmes 302a unabhängig von der Bewegung oder Position des zweiten Tragarmes 302b.
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Beispiel 14 ist ein Verfahren zum Prozessieren eines Substrates in einer Vakuumkammeranordnung 100, die Vakuumkammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 oder 6 bis 12. Das Verfahren aufweisend ein Anpassen der Winkelgeschwindigkeit beim Drehen des Substrathalters abhängig vom Winkel und der Winkelgeschwindigkeit des Tragarmes, wenn der Tragarm des ersten und zweiten Tragarmes 302a, 302b um einen Winkel mit einer Winkelgeschwindigkeit geschwenkt wird.
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In Beispiel 15 kann das Verfahren gemäß Beispiel 13 oder 14 optional aufweisen, dass der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b in eine gleiche Drehrichtung um eine gemeinsame Drehachse gedreht werden.
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In Beispiel 16 kann das Verfahren gemäß Beispiel 13 oder 14 optional aufweisen, dass der erste Tragarm 302a und der zweite Tragarm 302b in entgegengesetzte Drehrichtungen um eine gemeinsame Drehachse gedreht werden.