DE202012001810U1

DE202012001810U1 - Vorrichtung zum Verarbeiten von Substraten

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Publication number: DE202012001810U1
Application number: DE202012001810U
Authority: DE
Original assignee: Beneq Oy
Current assignee: Beneq Oy
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2022-02-23

Abstract

Vorrichtung zum Verarbeiten von zwei oder mehreren Substraten (3) in einem Batchverfahren, indem mindestens ein Teil der Oberfläche der Substrate (3) alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten und eines zweiten Startmaterials unterworfen wird, wobei die Vorrichtung aufweist:
– eine Vakuumkammer (8), die angeordnet ist, im Wesentlichen von der Umgebungsatmosphäre isoliert zu sein, wobei die Substrate (3) während der Verarbeitung in der Vakuumkammer (8) angeordnet werden;
– mindestens eine erste Vakuumvorrichtung (9), die operativ an die Vakuumkammer (8) angeschlossen ist, um innerhalb der Vakuumkammer (8) ein Vakuum bereitzustellen;
– einen Substratträger (26, 28, 29; 32, 34) zum Halten eines Substratbatches, der zwei oder mehrere Substrate (3) innerhalb der Vakuumkammer (8) während der Verarbeitung aufweist; und
– eine Ladekammer (6) in Verbindung mit der Vakuumkammer (8), wobei die Ladekammer (6) im Wesentlichen von der Umgebungsatmosphäre isoliert ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner aufweist:
– eine Ladevorrichtung...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verarbeiten von zwei oder mehreren Substraten in einem Batchverfahren, indem mindestens ein Teil der Oberfläche der Substrate alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten und eines zweiten Startmaterials unterworfen wird, und insbesondere eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verarbeitung von Substraten, indem mindestens ein Teil der Oberfläche des Substrates alternierenden Oberflächenreaktionen von zwei oder mehreren Ausgangsmaterialien unterworfen wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verarbeitung von Substraten gemäß den Prinzipien der atomaren Schichtdeposition oder Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD). In dieser Anmeldung bedeutet der Terminus ALD die atomare Schichtepitaxie (ALE) und andere ähnlich benannte Verfahren, die die Prinzipien der ALD verwirklichen. Die Vorrichtungen für die Atomlagenabscheidung weisen eine Vakuumkammer auf, innerhalb welcher die Substrate verarbeitet werden. Eine separate Reaktionskammer kann auch innerhalb der Vakuumkammer derart angeordnet sein, dass die Substrate in die Reaktionskammer geladen werden und in der Reaktionskammer verarbeitet werden. Das Laden der Substrate kann manuell stattfinden oder mit Hilfe von einer Ladevorrichtung wie beispielsweise eines Ladeautomaten. Herkömmlicherweise wird das Laden der Substrate in die ALD-Vorrichtung in einer normalen Umgebungsatmosphäre, einer Zimmeratmosphäre oder in einer Atmosphäre eines Reinraums durchgeführt.
Einige Substrate sind jedoch sehr empfindlich gegen die Umgebungsatmosphäre und insbesondere gegen Feuchtigkeit und Gase in einer normalen Zimmeratmosphäre. Einige dieser hochempfindlichen Substrate können schnell kontaminiert oder geschädigt werden, falls sie Feuchtigkeit und Gasen der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt werden. Diese Art von empfindlichen Substraten ist gewöhnlich in inerte Aufbewahrungsverpackungen verpackt und wird schnell und direkt von dem Herstellungsprozess zur ALD-Verarbeitung transportiert. Die ALD wird gewöhnlich verwendet, um empfindliche Substrate mit einer Barriereschicht zu versehen oder sie einzukapseln. Die ALD kann auch verwendet werden, um andere funktionale Überzugsschichten auf den empfindlichen Substraten zu bilden, zusätzlich zu den Barriereschichten oder der Einkapselung. In den Vorrichtungen und den Ladeverfahren gemäß dem Stand der Technik wird die Kontamination und Schädigung empfindlicher Substrate berücksichtigt, indem ein separater Handschuhschutzkasten in Verbindung mit der ALD-Vorrichtung derart vorgesehen ist, dass die empfindlichen Substrate manuell aus den Aufbewahrungsverpackungen in dem mit einer inerten Gasatmosphäre versehenen Handschuhschutzkasten entfernt werden können. Eine andere Lösung gemäß dem Stand der Technik ist es, die Zeit zu minimieren, während der die empfindlichen Substrate der schädigenden Bedingung in der Atmosphäre ausgesetzt sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die ALD-Vorrichtung in eine Produktionslinie der empfindlichen Substrate integriert wird oder die empfindlichen Substrate aus den Aufbewahrungsverpackungen in der Nähe der ALD-Vorrichtung derart entfernt werden, dass die Substrate schnell nach der Entfernung aus den Aufbewahrungsverpackungen in die ALD-Vorrichtung geladen werden können.
Die Lösungen gemäß dem Stand der Technik, die Kontamination oder Schädigung empfindlicher Substrate zu verhindern, sind ineffektiv, ungenügend oder ungeeignet für die Verarbeitung im industriellen Maßstab. Der Handschuhschutzkasten in Verbindung mit einer ALD-Vorrichtung erlaubt die Handhabung und das Laden nur einer sehr kleinen Menge von Substraten in einer im Voraus bestimmten Zeitspanne. Die Vorrichtung mit einem Handschuhschutzkasten wird nur für die Verarbeitung eines Substrates auf einmal verwendet. Ferner erfordert der Handschuhschutzkasten manuelle Handhabung der Substrate, was für eine Verarbeitung von Substraten im industriellen Maßstab ungeeignet ist. Die schnelle Handhabung empfindlicher Substrate in Verbindung mit einer ALD-Vorrichtung verhindert eine Kontamination oder Schädigung der empfindlichen Substrate nicht ausreichend, denn diese hochempfindlichen Substrate können sehr schnell geschädigt werden. Wenn die Substrate in einem Batchverfahren verarbeitet werden, in dem mehrere Substrate in die ALD-Vorrichtung geladen werden, um gleichzeitig verarbeitet zu werden, kann die Bildung des Batches lange Zeit dauern, so dass die empfindlichen Substrate schädigenden Bedingungen ausgesetzt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Verarbeiten empfindlicher Substrate bereitzustellen, so dass die oben erwähnten Probleme überwunden oder mindestens verringert werden. Die Aufgaben der Erfindung werden mit einer Vorrichtung gelöst, die eine innerhalb einer Ladekammer angeordnete Ladevorrichtung aufweist, die derart angeordnet ist, dass zwei oder mehrere Substrate auf den Substratträger zur Bildung des zu verarbeitenden Batches geladen werden, und mindestens eine Atmosphärensteuereinheit, die operativ an die Ladekammer angeschlossen und angeordnet ist, eine Schutzatmosphäre in der Ladekammer bereitzustellen, um den Batch in einer Schutzatmosphäre zu bilden. Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden insbesondere durch eine Vorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches 1 gelöst.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Schutzansprüchen offenbart.
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass eine ALD-Vorrichtung zum Verarbeiten von zwei oder mehreren Substraten in einem Batchverfahren bereitgestellt wird, bei der mindestens ein Teil der Oberfläche der Substrate alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten und eines zweiten Startmaterials unterworfen wird. Die Vorrichtung weist eine Vakuumkammer auf, die angeordnet ist, um im Wesentlichen von der Umgebungsatmosphäre isoliert zu sein, innerhalb welcher Vakuumkammer die Substrate während der Verarbeitung angeordnet werden. Mindestens eine erste Vakuumvorrichtung ist operativ an die Vakuumkammer angeschlossen, um innerhalb der Vakuumkammer ein Vakuum bereitzustellen. Mindestens ein Substratträger, auf den die zwei oder mehreren Substrate geladen werden, ist innerhalb der Vakuumkammer vorgesehen, um den Substratbatch während der Verarbeitung innerhalb der Vakuumkammer zu halten. Die Vorrichtung weist auch eine Ladekammer in Verbindung mit der Vakuumkammer auf, wobei die Ladekammer angeordnet ist, um im Wesentlichen von der Umgebungsatmosphäre derart isoliert zu sein, dass die Substrate aus der Ladekammer in die Vakuumkammer transportiert werden können, ohne dass die Substrate der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Ladevorrichtung innerhalb der Ladekammer angeordnet, wobei die Ladeanordnung angeordnet ist, zwei oder mehrere Substrate auf den Substratträger zu laden, um den zu verarbeitenden Batch zu bilden.
Die Ladekammer ist ferner mit mindestens einer Atmosphärensteuereinheit versehen, die angeordnet ist, eine Schutzatmosphäre in der Ladekammer zur Bildung des Batches in einer Schutzatmosphäre bereitzustellen. Die Atmosphärensteuereinheit kann mindestens eine Vakuumpumpe aufweisen, um ein Vakuum in der Ladekammer oder mindestens eine inerte Gasversorgung zur Bereitstellung einer inerten Gasatmosphäre in der Ladekammer bereitzustellen.
Wie oben erwähnt stellt die vorliegende Erfindung eine ALD-Vorrichtung bereit, die die Verarbeitung empfindlicher Substrate in einem industriellen Maßstab, ohne die empfindlichen Substrate schädigenden Umständen oder der Kontamination auszusetzen, effizient ermöglicht. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine schnelle Handhabung, schnelles Laden und Entladen empfindlicher Substrate in bzw. aus einer Schutzatmosphäre derart, dass eine große Menge von Substraten ohne Gefährdung der Qualität der Substrate verarbeitet werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Erfindung detaillierter anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen
die 1 eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
die 2 eine Ladeanordnung für die Ausführungsform der 1 vor der Durchführung der Substratladung darstellt;
die 3 die Ladeanordnung der Ausführungsform der 2 nach der Durchführung der Substratladung darstellt;
die 4A und 4B verschiedene Substratträger zum Halten der Substrate während der Verarbeitung darstellen;
die 5 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
die 6 eine weitere Ladeanordnung zur Anwendung mit der Ausführungsform der 5 darstellt; und
die 7 eine weitere Ladeanordnung zur Anwendung mit der Ausführungsform der 5 darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die 1 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist eine ALD-Einheit 1 auf mit einer Vakuumkammer 8, die angeordnet ist, um im Wesentlichen von der Umgebungsatmosphäre isoliert zu sein. Die Vakuumkammer 8 kann mindestens teilweise geöffnet und geschlossen werden, um den inneren Raum der Vakuumkammer 8 von der Umgebungsatmosphäre zu isolieren. Die Substrate können innerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnet oder geladen werden, um dann gemäß den Prinzipien der ALD verarbeitet zu werden. In diesem Kontext bedeutet Umgebungsatmosphäre eine normale Zimmeratmosphäre, eine Reinraumatmosphäre oder irgendeine Atmosphäre, die nicht geeignet ist, eine inerte Atmosphäre gegen Kontamination oder Schädigung empfindlicher Substrate bereitzustellen. Die ALD-Einheit 1 weist ferner mindestens eine erste Vakuumvorrichtung 9 auf, die operativ an die Vakuumkammer 8 zum Bereitstellen eines Vakuums innerhalb der Vakuumkammer 8 angeschlossen ist. Die erste Vakuumvorrichtung 9 kann eine Vakuumpumpe oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die erste Vakuumvorrichtung kann angeordnet sein, um einen Vakuumdruck in der Größenordnung von 0,01^–10 mbar bis 1^–10 mbar, z. B. etwa 0,1^–10 mbar bereitzustellen. Die erste Vakuumvorrichtung 9 kann verwendet werden, um den erwähnten Vakuumdruck für die Vakuumkammer 8 für die Zeit, in der die Substrate verarbeitet werden und die Vakuumkammer 8 geschlossen ist, bereitzustellen. Es ist anzumerken, dass die Vakuumkammer 8 selbst die Reaktionskammer bilden kann, in der die Substrate mit den Startmaterialien verarbeitet werden oder alternativ kann eine separate Reaktionskammer innerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnet werden, wie in den 2, 3 und 7 gezeigt wird. Wenn eine separate Reaktionskammer vorgesehen ist, werden die Substrate innerhalb der Reaktionskammer verarbeitet und die Startmaterialien werden auch in die separate Reaktionskammer zugeführt.
Die ALD-Einheit 1 weist ferner ein Zufuhrsystem 13 für Startmaterial auf, um gasförmige Startmaterialien in die Reaktionskammer zu leiten, d. h. die Vakuumkammer 8 oder eine separate Reaktionskammer innerhalb der Vakuumkammer 8, um die Atomlagenabscheidung durchzuführen. Das Zufuhrsystem 13 für Startmaterialien weist eine oder mehrere Startmaterialquellen auf, beispielsweise einen Gasbehälter oder einen Tiegel, sowie Rohre oder Leitungen, um Startmaterialien in die Reaktionskammer zu leiten. Mit anderen Worten werden die Startmaterialien gasförmig in eine Reaktionskammer geleitet, aber in einem Startmaterialtank können sie gasförmig, flüssig oder fest sein. Das Zufuhrsystem 13 für Startmaterialien kann auch Auspuffmittel zum Entfernen von Startmaterialien oder zum Spülen von Gasen aus der Reaktionskammer aufweisen.
Die Vorrichtung der 1 weist ferner eine Ladekammer in Verbindung mit der ALD-Einheit 1 und der Vakuumkammer 8 auf. Die Ladekammer 6 ist angeordnet, um im Wesentlichen von der Umgebungsatmosphäre isoliert zu sein, so dass sie einen im Wesentlichen isolierten Laderaum bildet. Die Ladekammer 6 ist ferner mit einer Ladevorrichtung 2 versehen, die innerhalb der Ladekammer 6 angeordnet ist. In der Ausführungsform der 1 ist die Ladevorrichtung 2 ein Ladeautomat mit einem Roboterarm 4 zum Laden, zum Entladen und zur Handhabung der Substrate. Die Ladekammer 6 ist mit mindestens einer Atmosphärensteuereinheit 11 versehen, die operativ an die Ladekammer 6 angeschlossen ist. Die Atmosphärensteuereinheit 11 ist angeordnet, um eine Schutzatmosphäre in der Ladekammer 6 bereitzustellen, damit der Batch in einer Schutzatmosphäre gebildet wird. Die Schutzatmosphäre bedeutet in diesem Kontext eine Vakuumatmosphäre oder eine inerte Gasatmosphäre, die die empfindlichen Substrate nicht wesentlich kontaminiert oder schädigt. Die Atmosphärensteuereinheit 11 kann deshalb mindestens eine Vakuumpumpe zum Bereitstellen eines Vakuums in der Ladekammer 6 aufweisen. Der Vakuumdruck in der Ladekammer 6 kann in der Größenordnung von 10^–5 mbar bis 10^–6 mbar sein, was zur Verhinderung der Kontamination oder Schädigung empfindlicher Substrate vor der Verarbeitung in der ALD-Einheit 1 genügt. Alternativ kann die Atmosphärensteuereinheit 11 mindestens eine inerte Gasversorgung aufweisen, um eine inerte Gasatmosphäre in der Ladekammer 6 bereitzustellen. Die inerte Gasversorgung kann angeordnet sein, um eine inerte Gasatmosphäre in der Ladekammer bereitzustellen und aufrechtzuerhalten, um die Kontamination oder Schädigung der empfindlichen Substrate vor ihrer Verarbeitung in der ALD-Einheit 1 zu verhindern. Das verwendete inerte Gas zum Bereitstellen der inerten Gasatmosphäre kann Stickstoff oder ein anderes inertes Gas sein.
Die Vorrichtung der 1 kann auch eine Transportstation 12 aufweisen, zu der die unverarbeiteten Substrate transportiert werden, um in der ALD-Einheit 1 verarbeitet zu werden. In der Transportstation 12 können die unverarbeiteten Substrate aus ihren inerten Aufbewahrungsverpackungen entfernt werden oder sie können zur Transportstation 12 direkt von einer Produktionslinie der Substrate gebracht werden. Die Transportstation 12 kann auch angeordnet sein, um von der Umgebungsatmosphäre isoliert zu sein. Die Transportstation 12 kann derart in Flüssigkeitsverbindung mit der Ladekammer 6 stehen, dass die Schutzatmosphäre der Ladekammer 6 auch auf die Transportstation 12 angewandt werden kann. Daher werden die Substrate zu jeder Zeit derart in einer Schutzatmosphäre gehalten, dass die in die Vorrichtung gebrachten Substrate keinen kontaminierenden oder schädigenden Bedingungen ausgesetzt werden. Die Transportstation 12 kann ein Zugangsventil oder etwas Ähnliches aufweisen, so dass die Substrate in die Vorrichtung und in die Schutzatmosphäre über die Transportstation 12 gebracht werden können. Die verarbeiteten Substrate können auch von der Vorrichtung über dieselbe Transportstation 12 und über dasselbe Zugangsventil oder ein anderes Zugangsventil oder etwas Ähnliches wegtransportiert werden.
Die Vorrichtung gemäß der 1 kann auch eine Vorheizeinheit 10 aufweisen, in der die Substrate geheizt werden, bevor sie in die Vakuumkammer 8 der ALD-Einheit 1 zum Verarbeiten hineingeladen werden. Die Vorheizstation 10 kann einen Ofen oder eine entsprechende Heizkammer zur Aufnahme der Substrate aufweisen. Die Substrate können auch auf Substratträgern angeordnet werden, bevor sie in die ALD-Einheit 1 geladen werden. In der Vorheizstation 10 werden die Substrate bevorzugt auf eine Verarbeitungstemperatur oder etwas höher als die Verarbeitungstemperatur geheizt. Die Vorheizeinheit 10 ist auch bevorzugt von der Umgebungsatmosphäre isoliert und kann auch derart in Flüssigkeitsverbindung mit der Ladekammer 6 stehen, dass die Schutzatmosphäre der Ladekammer 6 auch auf die Vorheizeinheit 10 angewandt werden kann.
Die in der Vorheizstation 10 geheizten Substrate werden in die ALD-Einheit 1 geladen und die Vakuumkammer 8 wird für die Verarbeitung geschlossen. Nach der Verarbeitung wird die Vakuumkammer 8 geöffnet und die Substrate werden von der ALD-Einheit 1 abgeladen. Die Vorrichtung kann ferner eine Kühlstation 14 aufweisen, in der die Substrate abgekühlt werden. Die Kühlstation 14 ist auch bevorzugt von der Umgebungsatmosphäre isoliert und kann auch derart in Flüssigkeitsverbindung mit der Ladekammer 6 stehen, dass die Schutzatmosphäre der Ladekammer 6 auch auf die Kühlstation 14 angewandt werden kann. Sobald die verarbeiteten Substrate abgekühlt sind, können sie aus der Kühlstation 14 zurück in die Transportstation 12 transportiert werden, um aus der Vorrichtung weitergeleitet zu werden. In den 1 und 5 wird die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung derart dargestellt, dass die Ladekammer in der Mitte angeordnet ist und die Verarbeitungsstationen oder Verarbeitungseinheiten um die Ladekammer 6 herum angeordnet sind. Die Vorrichtung kann jedoch auch als Verarbeitungslinie angeordnet sein, in der die Substrate von einer Verarbeitungseinheit zu einer anderen transportiert werden, ohne dann durch die Ladekammer 6 zu gehen.
Die 2 stellt die ALD-Einheit 1 detaillierter dar. Die ALD-Einheit 1 weist die einen Vakuumraum 16 definierende Vakuumkammer 8 auf. Die Vakuumkammer 8 ist mit einem Zugangsventil 18 versehen, durch das die Substrate 3 in die Vakuumkammer 8 hineingeladen werden können. Das Zugangsventil 18 kann auch durch eine Ladeluke oder dergleichen ersetzt werden. Die ALD-Einheit 1 weist auch eine separate Reaktionskammer 20 auf, die innerhalb der Vakuumkammer 8 angeordnet ist. Die Reaktionskammer 20 definiert einen Reaktionsraum 24 innerhalb der Reaktionskammer 20. Die ALD-Einheit 1 ist auch mit einem Substratträger 26 mit mehreren Ebenen 28 versehen, auf die die Substrate geladen werden. Der Substratträger 26 weist eine Bodenplatte 22 auf, auf der der Substratträger 26 aufstützt. Der Substratträger 26 ist ferner mit einem ersten Aktuator 30 versehen, der in eine erste Richtung A zu dem Substratträger während des Ladens der Substrate 3 wirkt. In der Ausführungsform der 2 ist der erste Aktuator 30 operativ an der Bodenplatte 22 angeschlossen und angeordnet, den Substratträger 26 im Wesentlichen in der vertikalen Richtung A zu bewegen. Wie aus der 2 ersichtlich ist, ist der Substratträger 26 unter der Reaktionskammer 20 angeordnet und derart, dass der erste Aktuator 30 den Substratträger 26 in die Reaktionskammer 20 bewegen kann. Dies bedeutet, dass in offener Position der Reaktionskammer 20 der Substratträger 26 sich mindestens teilweise außerhalb der Reaktionskammer 20 befindet. Das Zugangsventil 18 ist auf der Seite der Vakuumkammer 8 vorgesehen und das Zugangsventil öffnet sich zur Ladekammer 6 der Vorrichtung. Die Ladevorrichtung 2 ist angeordnet, um Substrate 3 mit dem Ladearm 4 oder etwas Ähnlichem durch das Zugangsventil 18 in die Vakuumkammer 8 und auf die Ebenen 28 des Substratträgers 26 zu laden. Die Ladevorrichtung 2, 4 ist angeordnet, um die Substrate 3 auf den Substratträger 26 in eine zweite Richtung C zu laden. In der Ausführungsform der 2 wird das Laden im Wesentlichen in der horizontalen Richtung C durchgeführt. Während des Ladens der Substrate 3 kann der erste Aktuator den Substratträger 26 derart schrittweise zu anschließenden Ladepositionen bewegen, dass die Ladebewegung der Ladevorrichtung 2 und des Ladearms 4 immer linear und im Wesentlichen jedes Mal identisch sein kann. Somit kann der erste Aktuator den Substratträger 26 schrittweise linear aufwärts bewegen und die Ladevorrichtung 2, 4 kann die Substrate 3 auf die übereinander befindlichen Ebenen 28 des Substratträgers 26 mit derselben im Wesentlichen linearen Ladebewegung laden. Dies macht das Laden der Substrate 3 einfach und effizient und ein Batch von zwei oder mehr Substraten kann auf den Substratträger ohne komplizierte Ladebewegungen bereitgestellt werden.
Wenn der Substratträger 26 mit Substraten 3 voll beladen ist, bewegt der erste Aktuator 30 den Substratträger derart weiter in die erste Richtung A, dass der Substratträger 26 sich vollständig innerhalb der Reaktionskammer 20 befindet. Somit bewegt der erste Aktuator 30 den Substratträger 26 in die Reaktionskammer 20 gleichzeitig während des Ladens der Substrate 3. Wie in der 3 dargestellt, bewegt der erste Aktuator 30 den Substratträger 26 in die Reaktionskammer 20 in der ersten Richtung A. Der Substratträger ist angeordnet, um die Reaktionskammer 20 zu schließen, wenn er vollständig innerhalb der Reaktionskammer 20 ist. In dieser Ausführungsform ist die Bodenplatte 22 des Substratträgers 26 angeordnet, um gegen einen Flansch 17 einer offenen Wand der Reaktionskammer 20 zum Schließen des Reaktionsraumes 24 platziert zu werden. Daher ist der Substratträger 26, 22, in dieser Ausführungsform die Bodenplatte 22, angeordnet, um mindestens einen Teil der Reaktionskammer 20 zu bilden, wenn die Reaktionskammer 20 geschlossen ist. Ferner ist die Reaktionskammer 20 angeordnet, um geschlossen und geöffnet zu werden, indem der Substratträger 26 mit dem ersten Aktuator 30 in die erste Richtung A bewegt wird. Daher ermöglicht die vorliegende Erfindung, das Laden der Substrate 3 und das Schließen der Reaktionskammer 20 zu kombinieren.
Die 4A und 4B stellen schematisch zwei verschiedene Arten von Substratträgern 26 dar. Der Substratträger 26 der 4A weist Stützflansche 29 auf, die sich nur eine kurze Entfernung von der Wand des Substratträgers 26 erstrecken. Die Substrate 3 können während des Ladens derart an den Stützflanschen 29 gestützt werden, dass die Substrate 3 direkt auf die Stützflansche 29 platziert werden. Alternativ können die Substrate 3 auf separate Substrathalter (nicht dargestellt) installiert werden und die Substrathalter werden gestützt oder auf die Stützflansche 29 platziert. In dieser Ausführungsform bilden die Substrate 3 oder die Substrathalter zusammen die Ebenen des Substratträgers 20. Die 4B stellt einen den 2 und 3 ähnlichen Substratträger 26 dar. In dieser Ausführungsform weist der Substratträger 26 Ebenen 28 zur Aufnahme von Substraten 3 auf. Wenn die Substrate 3 in der Reaktionskammer 20 gemäß den Prinzipien der ALD verarbeitet werden, werden die gasförmigen Startmaterialien in die Reaktionskammer 20 im Wesentlichen in der Richtung der Oberfläche der Ebenen 28 oder der Stützflansche 29 zugeführt. Somit fließen die Startmaterialien in der Reaktionskammer 20 im Wesentlichen in der zweiten Richtung C.
Die 5 stellt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Dieselben Bezugsnummern in den 1 bis 4 und in den 5 bis 7 bezeichnen dieselben Teile der Vorrichtung und deren detaillierte Beschreibung ist ausgelassen worden. Es sollte ferner verstanden werden, dass die Tatsachen bezüglich der Ausführungsform der 1 bis 4 auch für die Ausführungsformen der 5 bis 7 angewandt werden können. Wie in der 5 dargestellt, ist die Vorrichtung ferner mit einer Batchkammer 5 zwischen der Vakuumkammer 8 und der Ladekammer 6 versehen. Der Batch von zwei oder mehreren Substraten 3 wird in der Batchkammer 5 gebildet und der Batch wird in die Vakuumkammer 8 transportiert. Die Batchkammer 5 steht in Flüssigkeitsverbindung mit der Ladekammer 6 und kann auch sowohl von der Ladekammer 6 als auch von der Vakuumkammer 8 mit Zugangsventilen oder Luken oder dergleichen isoliert werden.
Die 6 stellt die einen Batchraum 7 definierende Batchkammer 5 dar. In dieser Ausführungsform kann der Substratträger 32, der Ebenen 34 für die Substrate 3 aufweist, mit einem zweiten Aktuator (nicht dargestellt) in die dritte Richtung B zwischen einer Ladeposition (mit durchgehenden Linien dargestellt) in der Batchkammer 5, in die und aus der die Substrate 3 von dem Substratträger 32 geladen und entladen werden, und einer Verarbeitungsposition (mit einer punktierten Linie dargestellt) innerhalb der Vakuumkammer 8, in der die Substrate 3 auf dem Substratträger 32' verarbeitet werden, bewegt werden. Das Laden und Entladen der Substrate wird in der Batchkammer 5 mit der Ladevorrichtung 2, 4 in die zweite Richtung C durchgeführt. In der 5 ist die Ladevorrichtung 2, 4 angeordnet, die Substrate 3 auf übereinander befindliche Ebenen 34 zu laden, indem der Ladearm 4 sowohl in horizontaler als auch vertikaler Richtung bewegt wird. Der Substratträger 32 kann jedoch auch einen ersten Aktuator aufweisen, um ihn in die erste Richtung während des Ladens zu bewegen, wie in der Ausführungsform der 2 bis 3. Der zweite Aktuator bewegt den Substratträger 32 im Wesentlichen in horizontaler Richtung zwischen der Batchkammer 5 und der Vakuumkammer 8. Die Vakuumkammer 8 kann mit einem Zugangsventil 36 zwischen der Vakuumkammer 8 und der Batchkammer zur Isolierung der Vakuumkammer 8 während der Verarbeitung der Substrate 3 und durch welche der Substratträger 32 in die und aus der Vakuumkammer 8 bewegt wird, versehen sein. Das Zugangsventil kann auch durch eine Luke oder etwas Ähnliches ersetzt werden, um die Vakuumkammer 8 zu schließen und zu isolieren. Entsprechend wird in dieser Ausführungsform der Substratträger 32 außerhalb der Vakuumkammer 8 aber in der Schutzatmosphäre der Ladekammer 6, ohne die empfindlichen Substrate 3 zu kontaminieren oder zu schädigen, beladen.
Die 7 stellt eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung der 5 dar. In dieser Ausführungsform ist die Vakuumkammer 8 ferner mit einer separaten Reaktionskammer 38 versehen, die den Reaktionsraum 40 definiert. Der Substratträger 32 wird deshalb von der Batchkammer 5 in die Reaktionskammer 38 innerhalb der Vakuumkammer 8 transportiert. Die Reaktionskammer 38 kann mit einer Luke 42 oder etwas Ähnlichem zum Schließen der Reaktionskammer 38 versehen sein. Der Substratträger 32 kann auch angeordnet sein, einen Teil der Reaktionskammer 38 derart zu bilden, dass der Substratträger 32 die Reaktionskammer 38 schließt, wenn er innerhalb der Reaktionskammer 32 installiert wird. In noch einer weiteren Ausführungsform kann der Substratträger 32 selbst eine separate Reaktionskammer bilden und somit kann die Reaktionskammer aus der Vakuumkammer 38 entfernt werden.
Entsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine erfinderische Vorrichtung zum Verarbeiten und zur Handhabung empfindlicher Substrate in einer Batchverfahren bereit, ohne die empfindlichen Substrate der Kontamination und Schädigung durch die Umgebungsatmosphäre auszusetzen.
Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass in dem Maße, in dem der Stand der Technik fortschreitet, das erfinderische Konzept auf verschiedene Arten implementiert werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können im Umfang der Schutzansprüche variieren.

Claims

Vorrichtung zum Verarbeiten von zwei oder mehreren Substraten (3) in einem Batchverfahren, indem mindestens ein Teil der Oberfläche der Substrate (3) alternierenden Oberflächenreaktionen mindestens eines ersten und eines zweiten Startmaterials unterworfen wird, wobei die Vorrichtung aufweist: – eine Vakuumkammer (8), die angeordnet ist, im Wesentlichen von der Umgebungsatmosphäre isoliert zu sein, wobei die Substrate (3) während der Verarbeitung in der Vakuumkammer (8) angeordnet werden; – mindestens eine erste Vakuumvorrichtung (9), die operativ an die Vakuumkammer (8) angeschlossen ist, um innerhalb der Vakuumkammer (8) ein Vakuum bereitzustellen; – einen Substratträger (26, 28, 29; 32, 34) zum Halten eines Substratbatches, der zwei oder mehrere Substrate (3) innerhalb der Vakuumkammer (8) während der Verarbeitung aufweist; und – eine Ladekammer (6) in Verbindung mit der Vakuumkammer (8), wobei die Ladekammer (6) im Wesentlichen von der Umgebungsatmosphäre isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner aufweist: – eine Ladevorrichtung (2, 4), die innerhalb der Ladekammer (6) angeordnet ist, wobei die Ladevorrichtung (2, 4) geeignet ist, zwei oder mehr, Substrate auf den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) zur Bildung des zu verarbeitenden Batches zu laden; und – mindestens eine Atmosphärensteuereinheit (11), die operativ an die Ladekammer (6) angeschlossen und angeordnet ist, um eine Schutzatmosphäre in der Ladekammer (6) bereitzustellen, um den Batch in einer Schutzatmosphäre zu bilden.
Vorrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphärensteuereinheit (11) mindestens eine Vakuumpumpe aufweist, um ein Vakuum in der Ladekammer (6) bereitzustellen.
Vorrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphärensteuereinheit (11) mindestens eine inerte Gasversorgung aufweist, um eine inerte Gasatmosphäre in der Ladekammer (6) bereitzustellen.
Vorrichtung nach einem der Schutzansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) mit einem ersten Aktuator (30) versehen ist, um den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) in eine erste Richtung (A) während des Ladens der Substrate (3) auf den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) mit der Ladevorrichtung (2, 4) zu bewegen.
Vorrichtung nach Schutzanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (2, 4) angeordnet ist, die Substrate (3) auf den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) in eine zweite Richtung (C) zu laden.
Vorrichtung nach Schutzanspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Richtung (A) und die zweite Richtung (C) im Wesentlichen senkrecht zueinander sind; oder dass – die erste Richtung (A) im Wesentlichen vertikal und die zweite Richtung (C) im Wesentlichen horizontal ist.
Vorrichtung nach einem der Schutzansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) innerhalb der Vakuumkammer (8) angeordnet ist, und die Vakuumkammer (8) ein Zugangsventil oder eine Luke (18) zur Isolierung der Vakuumkammer von der Ladekammer (6) aufweist, und durch welche die Substrate (3) auf den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) geladen werden.
Vorrichtung nach einem der Schutzansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Batchkammer (5) zwischen der Vakuumkammer (8) und der Ladekammer (6) und einen zweiten Aktuator aufweist, um den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) zwischen einer Ladeposition in der Batchkammer (5), in der die Substrate (3) auf den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) geladen und von diesem entgeladen werden, und einer Verarbeitungsposition innerhalb der Vakuumkammer (8), in dem die Substrate (3) verarbeitet werden, zu bewegen.
Vorrichtung nach Schutzanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (8) ein Zugangsventil oder eine Luke (36) zur Isolierung der Vakuumkammer (8) von der Batchkammer (5) aufweist und durch welche der Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) in die und aus der Vakuumkammer (8) bewegt wird.
Vorrichtung nach einem der Schutzansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner eine Reaktionskammer (20; 22; 38) innerhalb der Vakuumkammer (8) aufweist, wobei der Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) installiert oder angeordnet ist, innerhalb der Reaktionskammer (3) zum Verarbeiten der Substrate (3) innerhalb der Reaktionskammer (20, 22; 38) installiert zu werden.
Vorrichtung nach Schutzanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) angeordnet ist, mindestens einen Teil der Reaktionskammer (20, 22) zu bilden, wenn die Reaktionskammer (20, 22) geschlossen ist.
Vorrichtung nach Schutzanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer (20, 22) angeordnet ist, geschlossen und geöffnet zu werden, indem der Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) in die erste Richtung mit dem ersten Aktuator (30) bewegt wird.
Vorrichtung nach einem der Schutzansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aufweist: – ein der Vakuumkammer (8) zugeordnetes Zugangsventil oder eine Luke (18) zum Isolieren der Vakuumkammer (8) von der Ladekammer (6) und durch welche die Substrate (3) auf den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) geladen werden; – eine Reaktionskammer (20, 22) innerhalb der Vakuumkammer (8), wobei der Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) einen Teil der Reaktionskammer (20, 22) bildet; – einen ersten Aktuator (30) zum Bewegen des Substratträgers (22, 26, 28, 29; 32, 34) in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung (A) während des Ladens der Substrate (3) auf den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) mit der Ladevorrichtung (2, 4), wobei der Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) angeordnet ist, die Reaktionskammer (20, 22) mit einer Bewegung in der vertikalen Richtung (A) mit dem ersten Aktuator (30) zu schließen und zu öffnen; und – einen Ladearm (4), der operativ an die Ladevorrichtung (2) angeschlossen und angeordnet ist, um die Substrate (3) auf den Substratträger (22, 26, 28, 29; 32, 34) im Wesentlichen in horizontaler Richtung (C) zu laden.