Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Aufsputtern von dünnen Schichten auf ein Substrat und
insbesondere eine Sputtervorrichtung mit eingebautem Servicemodul zur Aufbewahrung
von Halte- und Trageinrichtungen unter Hochvakuum.
Hintergrund der Erfindung
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Sputterverfahren werden typischerweise bei der Herstellung integrierter Schaltungen
(10) eingesetzt. Diese Verfahren beinhalten die Bildung einer dünnen Metallschicht auf
einem Substrat, beispielsweise einem Silizium- oder Galliumarsenidwafer. Häufig wird
eine Sputteranlage verwendet, die das gleichzeitige Besputtern mehrerer Substrate
ermöglicht. Derartige Anlagen enthalten mehrere Bearbeitungsmodule, von denen
jedes eine Hochvakuumumgebung zur Durchführung des Sputtervorgangs bereitstellt.
Zusätzlich enthält jedes der Bearbeitungsmodule ein Quelltarget, von dem Material
abgetragen und zur Bildung der Metallschicht auf dem Substrat verwendet wird.
Folglich verliert das Target im Gebrauch an Substanz, so dass es ersetzt werden muss,
d. h. das Target hat eine bestimmte Lebensdauer. Ein typisches Target enthält
beispielsweise ausreichend Material für die Abscheidung einer 1 Mikron dicken Schicht
auf etwa 5.000 bis 10.000 Substraten, bevor es erschöpft ist, womit die Lebensdauer
des Targets vorgegeben ist, nach deren Ablauf das Sputtern beendet und das
erschöpfte Target ausgetauscht wird. Der Austausch ist grundsätzlich mit der Aufhebung
des Vakuums im Bearbeitungsmodul, dem manuellen Öffnen des Bearbeitungsmoduls
zum Austauschen des Targets, dem Schließen und Abdichten des
Bearbeitungsmoduls nach dem Austausch des Targets und der Erzeugung eines Hochvakuums im
Bearbeitungsmodul verbunden.
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Fig. 1 ist eine Teilansicht einer herkömmlichen Sputteranlage 10 mit Cluster-
Werkzeugsystem. Die Anlage 10 enthält ein Zentralgehäuse 12 mit einer
innenliegenden Zentralkammer 14 und einer Pumpe (nicht eingezeichnet) zur Erzeugung eines
Hochvakuums in der Zentralkammer 14. Die Zentralkammer 14 enthält eine
Substrateinführschleuse 16 zur Aufnahme eines Substrats 42 und eine Ausführschleuse 18 zur
Herausnahme des Substrats 42. Ferner enthält die Anlage 10 mehrere
Bearbeitungsmodule, in denen das Besputtern von Substraten erfolgt. In Fig. 1 sind zum Zweck der
Erläuterung ein erstes Bearbeitungsmodul 20, ein zweites Bearbeitungsmodul 22 und
ein drittes Bearbeitungsmodul 24 eingezeichnet. Das erste Bearbeitungsmodul 20, das
zweite Bearbeitungsmodul 22 und das dritte Bearbeitungsmodul 24 stehen in
Fluidverbindung mit der Zentralkammer 14. Außerdem enthalten das erste Bearbeitungsmodul
20, das zweite Bearbeitungsmodul 22 und das dritte Bearbeitungsmodul 24 jeweils
eine Modulpumpe (nicht eingezeichnet) zur Erzeugung eines Hochvakuums im
Bearbeitungsmodul und ein Lüftungsventil (nicht eingezeichnet), um das
Bearbeitungsmodul auf Normaldruck zu bringen. Ferner enthält die Anlage 10 eine erste Öffnung 26
und eine zweite Öffnung 28, die für die Hinzufügung weiterer Module verwendet
werden können.
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Das erste Modulventil 30, das zweite Modulventil 32, das dritte Modulventil 34, das
vierte Modulventil 36 und das fünfte Modulventil 38 sind dem ersten
Bearbeitungsmodul 20 bzw. dem zweiten Bearbeitungsmodul 22 bzw. dem dritten Bearbeitungsmodul
24 bzw. der ersten Öffnung 26 bzw. der zweiten Öffnung 28 zugeordnet. Das erste
Bearbeitungsmodulventil 30, das zweite Bearbeitungsmodulventil 32 und das dritte
Bearbeitungsmodulventil 34 können jeweils in Öffnungsstellung sein, so dass die ihnen
zugeordneten Bearbeitungsmodule 20 bzw. 22 bzw. 24 in Fluidverbindung mit der
Zentralkammer 14 stehen. Alternativ dazu können das erste Modulventil 30, das zweite
Modulventil 32 und das dritte Modulventil 34 jeweils in Schließstellung gebracht
werden, wodurch das jeweils zugeordnete Bearbeitungsmodul 20, 22 oder 24 von der
Zentralkammer 14 getrennt wird.
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Ferner enthält die Anlage 10 einen Roboterarm 40, der in der Zentralkammer 14
untergebracht ist. Der Roboterarm 40 bewerkstelligt den Transport des Substrats 42
zwischen der Eingangs- und der Ausgangsschleuse 16 bzw. 18 sowie wahlweise
zwischen dem ersten Bearbeitungsmodul 20, dem zweiten Bearbeitungsmodul 22 und
dem dritten Bearbeitungsmodul 24.
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In einem Bearbeitungsmodul werden verschiedene Einrichtungen, Halte- und
Tragelemente und zugehörige Teile (nicht eingezeichnet) dazu verwendet, das Substrat 42 zu
tragen und die ordnungsgemäße Materialabscheidung auf dem Substrat 42
sicherzustellen, beispielsweise Halte- und Tragelemente, die als Klemmring- oder Klemmfingereinheiten
bekannt sind und das Substrat 42 beim Sputtern tragen. Weitere
Elemente sind beispielsweise Abschirmungen, die neben dem Substrat 42 angebracht sind
und dazu dienen, Teile der Klemmring- oder Klemmfingereinheiten zu schützen.
Außerdem werden Elemente zum Steuern des Materialabscheidungswinkels auf dem
Substrat 42, sogenannte Kollimatorplatten, verwendet. Es sei darauf hingewiesen,
dass in einem Bearbeitungsmodul auch noch viele andere Einrichtungen, Elemente
und Werkzeuge zur Sicherstellung der ordnungsgemäßen Materialabscheidung auf
dem Substrat 42 verwendet werden können. Durch ihre Konstruktion und ihre
Platzierung befinden sich viele Teile dieser Elemente ganz nahe beim Substrat 42. Dadurch
gerät Targetmaterial, das auf dem Substrat 42 abgeschieden werden soll, leider auch
auf die Elemente und bildet dort einen Überzug. Dadurch wird die Funktion der
Elemente und schließlich auch der Sputtervorgang beeinträchtigt. Insbesondere ist
festgelegt worden, dass die Funktion der Elemente bereits beeinträchtigt ist, wenn sie mit
einer Materialschicht von nur 2000 bis 3000 Mikron bedeckt sind. Folglich sollten die
Elemente ausgetauscht werden, sobald sie eine Materialschicht von etwa 2000 Mikron
tragen. Damit ist die Lebensdauer der einzelnen Elemente wesentlich kürzer als die
Lebensdauer des zugehörigen Targets. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Halte-
und Tragelemente etwa fünf Mal ausgetauscht werden müssen, bevor das Target ein
Mal ausgetauscht wird.
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Um beispielsweise Zugang zu den Halte- und Tragelementen im ersten
Bearbeitungsmodul 20 zu erhalten und diese auszutauschen, wird zunächst das erste
Modulventil 30 geschlossen und damit das erste Bearbeitungsmodul 20 von der
Zentralkammer 14 getrennt. Das erste Bearbeitungsmodul 20 wird dann auf
Atmosphärendruck gebracht und von Hand geöffnet, damit die Halte- und
Tragelemente zugänglich werden. Die Elemente werden dann ausgetauscht, das erste
Bearbeitungsmodul 20 von Hand geschlossen und abgedichtet. Danach kann das erste
Modulventil 30 geöffnet werden, nachdem im ersten Bearbeitungsmodul 20 ein
Hochvakuum erzeugt worden ist. Jedoch hat die zum Austausch von Halte- und
Tragelementen in der Anlage 10 übliche Vorgehensweise Nachteile. Ein Nachteil
besteht darin, dass der Vorgang bis zur Wiederherstellung eines Hochvakuums viel
Zeit, d. h. bis zu acht Stunden und mehr, in Anspruch nimmt. Damit steht die Anlage 10
beträchtliche Zeit still, wodurch die Produktivität erheblich zurückgeht und die
Betriebskosten steigen. Außerdem verlängert sich die zur Erzielung eines Hochvakuums
erforderliche Zeit beträchtlich, wenn neue Halte- und Tragelemente eingesetzt werden,
die keiner Vakuumvorbehandlung unterzogen wurden, um das Oberflächenausgasen
wurden, um das Oberflächenausgasen auf das gewünschte Maß zu reduzieren. Ferner
ist nach Aufhebung des Vakuums im ersten Bearbeitungsmodul 20 oft eine
Neubewertung der Schichteigenschaften erforderlich, bevor die Anlage 10 als produktionstauglich
eingestuft werden kann. Weil die Halte- und Trageinrichtungen gegebenenfalls bis zu
fünf Mal ausgetauscht werden müssen, bevor das Target ein Mal ausgetauscht wird,
verlängert sich außerdem die Zeit, in der die Anlage 10 nicht arbeitet, noch weiter, was
die Produktivität weiter senkt und die Betriebskosten in die Höhe treibt.
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Das US-Patent 5,065,698 offenbart eine Sputteranlage mit mehreren
Schichtbildungskammern, die nacheinander zwischen einer Einführkammer und einer
Herausnahmekammer angeordnet sind. Jede der Schichtbildungskammern ist mit einer ihr
zugeordneten Vakuumkammer verbunden, in der das in der Schichtbildungskammer
verwendete Abscheidungsabschirmelement gegen ein neues ausgetauscht werden kann.
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Die DE A 40 37 580 beschreibt eine Sputteranlage, bei der ebenfalls für jede
Schichtbildungskammer eine Austauschkammer vorgesehen ist.
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Eine andersartige Sputteranlage wird in dem Hurwitt und anderen erteilten US-Patent
4,909,695 beschrieben, das auf die Materials Research Corporation als Erwerberin
übertragen worden ist. Dieses Patent offenbart eine Produktionssputteranlage, bei der
die mit Überzug versehene Waferhalterung durch die gewöhnlich für Einführung und
Herausnahme des Substrats verwendete Ladeschleuse hindurch ausgetauscht werden
kann. Wenngleich bei dieser Anlage das Bearbeitungsmodul unter Vakuum bleiben
kann, ist keine Vakuumvorbehandlung der Waferhalterung zur Verringerung der
Oberflächenausgasung vorgesehen. Außerdem ist die Anlage so konfiguriert, dass nur die
Waferhalterung ausgetauscht werden kann. Und der Austausch der Waferhalterung
erfolgt manuell, wodurch wesentlich mehr Zeit erforderlich ist, die Produktivität daher
beträchtlich sinkt und die Kosten steigen.
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Somit hat die Erfindung die Aufgabe, eine Sputteranlage mit integriertem Servicemodul
zur Verfügung zu stellen, das eine Vakuumvorbehandlung der Halte- und
Trageinrichtungen, die in einem Bearbeitungsmodul verwendet werden sollen, ermöglicht, bevor
diese Einrichtungen in das Bearbeitungsmodul eingesetzt werden. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sputteranlage mit integriertem Servicemodul zur
Verfügung zu stellen, das den Austausch mehr als einer Art von Einrichtungen ermöglicht.
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Noch eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sputteranlage mit integriertem
Servicemodul zur Verfügung zu stellen, das den automatischen Austausch mit Überzug
versehener Einrichtungen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine
ausreichende Anzahl von Austauscheinrichtungen und zugehörigen Teilen vorzuhalten,
damit Bearbeitungsmodule erst dann belüftet und geöffnet werden müssen, wenn ein
Quelltarget ausgetauscht werden muss.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung stellt bereit: ein Cluster-Werkzeugsystem zum Erzeugen einer Schicht
auf einem Substrat, enthaltend mehrere Bearbeitungsmodule zum Erzeugen der
Schicht, wobei jedes Bearbeitungsmodul eine Bearbeitungskammer mit einer ersten
Einrichtung aufweist, welche in der Kammer während der Erzeugung der Schicht auf
dem Substrat einem Ablagerungsvorgang unterliegt, ein Servicemodul mit zumindest
einer Austauscheinrichtung, welche zum Austausch der ersten Einrichtung in einem
Bearbeitungsmodul in der Lage bzw. geeignet ist, wobei das Servicemodul unter einem
Vakuum gehalten wird, welches zur Verringerung des Ausgasens der
Austauscheinrichtung auf einen gewünschten Pegel geeignet ist, ein Ventil zum Isolieren des
Servicemoduls von dem Bearbeitungsmodul, ein Evakuierungsmittel, um die Evakuierung
des Servicemoduls und des Bearbeitungsmoduls zu bewirken, sowie ein Element,
welches zum Transportieren der ersten Einrichtung aus dem Bearbeitungsmodul zu dem
Servicemodul und zum Transportieren einer Austauscheinrichtung von dem
Servicemodul zu dem Bearbeitungsmodul zum Austauschen der ersten Einrichtung unter
Vakuum in der Lage ist, und dadurch gekennzeichnet, dass ein einzelnes Servicemodul
vorgesehen ist, dass das System ein Zentralgehäuse aufweist, welches wahlweise in
Verbindung mit jedem der Bearbeitungsmodule und dem Servicemodul steht, dass das
Ventil das Servicemodul von dem Zentralgehäuse und jedem der Bearbeitungsmodule
isoliert, dass das Evakuierungsmittel vorgesehen ist, um jedes der
Bearbeitungsmodule und das Servicemodul sowie das Zentralgehäuse auf ein Vakuum zu evakuieren,
und dass das Transportelement ein einzelnes Roboterelement ist, welches in dem
Zentralgehäuse angeordnet ist, wobei das Roboterelement zum Transportieren der
ersten Einrichtung aus einem ausgewählten Bearbeitungsmodul zum Servicemodul
und zum Transportieren der Austauscheinrichtung aus dem Servicemodul zu dem
ausgewählten Bearbeitungsmodul zum Austauschen der ersten Einrichtung unter Vakuum
in der Lage ist.
Kurzbeschreibung der Abbildungen
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Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine bekannte Sputteranlage.
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Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine Anlage zum Besputtern eines Substrats, die
ein erfindungsgemäßes Servicemodul enthält.
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Fig. 3 ist ein unvollständiger Querschnitt der Erfindung entlang der Linie 3-3
von Fig. 2 und zeigt ein mit Überzug versehenes Halte- und
Tragelement, das auf einen Ablageboden der Anlage gebracht werden soll.
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Fig. 4 ist ein unvollständiger Querschnitt der Erfindung entlang der Linie 3-3
von Fig. 2 und zeigt das mit Überzug versehene Halte- und Tragelement
auf einem Ablageboden der Anlage liegend.
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Fig. 5 ist ein unvollständiger Querschnitt der Erfindung entlang der Linie 3-3
von Fig. 2 und zeigt ein Ersatz-Halte- und Tragelement, das von einem
Ablageboden der Anlage entnommen worden ist.
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Fig. 6A ist eine perspektivische Ansicht eines Befestigungsrings und einer
Montagebasis, die dazu eingerichtet sind, von einem Roboterarm
zusammenmontiert zu werden.
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Fig. 6B ist eine Seiten-Teilansicht des Rings und der Montagebasis im
Querschnitt.
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Fig. 6C ist eine Seiten-Teilansicht im Querschnitt, die den an der Montagebasis
befestigten Ring zeigt.
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Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der das
Servicemodul direkt mit einem Bearbeitungsmodul verbunden ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 7 beschrieben, in denen
gleiche Teile jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Es sei darauf
hingewiesen, dass auch auf Teile von Fig. 1 Bezug genommen wird. Fig. 2 und 3 zeigen
eine Sputteranlage 50, die ein erfindungsgemäßes Servicemodul 52 enthält. Fig. 3 ist
eine Teilansicht im Querschnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 2 und zeigt das
Zentralgehäuse 12, die Zentralkammer 14, den Roboterarm 40, die erste Öffnung 26, das
vierte Modulventil 36 und das Servicemodul 52. Das Servicemodul 52 kann entweder
mit dem vierten Modulventil 36 oder mit dem fünften Modulventil 38 verbunden werden.
In Fig. 3 ist das Servicemodul 52 mit dem vierten Modulventil 36 verbunden, das in
Öffnungsstellung gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgende
Beschreibung auch für die Konfiguration gilt, in der das Servicemodul 52 mit dem fünften
Modulventil 38 verbunden ist. Außerdem ist der Roboterarm 40 in einer Flucht mit der
ersten Öffnung 26 und der zweiten Öffnung 28. Dadurch kann der Roboterarm 40
horizontal durch die erste Öffnung 26 greifen, wenn das vierte Modulventil 36 in
Öffnungsstellung ist.
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Das Servicemodul 52 enthält ein Modulgehäuse 54 mit einer innenliegenden
Modulkammer 56, die so konfiguriert ist, dass in der Modulkammer 56 ein Hochvakuum
erzeugt werden kann. Die Modulkammer 56 steht in Fluidverbindung mit der
Zentralkammer 14, wenn das vierte Modulventil 36 in Öffnungsstellung ist. Dagegen ist die
Modulkammer 56 von der Zentralkammer 14 isoliert, wenn das vierte Modulventil 36 in
Schließstellung ist. Das Zentralgehäuse 12 enthält ferner eine Systempumpe 58, die
zum Evakuieren der Zentralkammer 14 und der Modulkammer 56 dient, wenn das
vierte Modulventil 36 in Öffnungsstellung ist. Andererseits enthält das Servicemodul 52
eine spezielle Pumpe 60, die am Modulgehäuse 54 angebracht ist und in
Fluidverbindung mit der Modulkammer 56 steht. Wenn das vierte Modulventil 36 in Schließstellung
gebracht und damit die Modulkammer 56 von der Zentralkammer 14 isoliert worden ist,
dient die spezielle Pumpe 60 zur Erzeugung eines Hochvakuums in der Modulkammer
56.
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Die Modulkammer 56 enthält ein Gestell 62 mit mehreren vertikal übereinander
angeordneten, voneinander beabstandeten horizontalen Ablageböden. Lediglich zur
Erläuterung zeigt Fig. 3 den ersten Ablageboden 72, den zweiten Ablageboden 74, den dritten
Ablageboden 76 und den vierten Ablageboden 78. Der erste Ablageboden 72, der
zweite Ablageboden 74, der dritte Ablageboden 76 und der vierte Ablageboden 78
können ein Austausch-Halte- und Tragelement aufnehmen, das entweder im ersten
Bearbeitungsmodul 20 oder im zweiten Bearbeitungsmodul 22 oder im dritten
Bearbeitungsmodul 24 verwendet wird. Alternativ dazu sind der erste Ablageboden 72, der
zweite Ablageboden 74, der dritte Ablageboden 76 und der vierte Ablageboden 78
jeweils so bemessen, dass sie mehr als ein Austausch-Halte- und Tragelement
aufnehmen können.
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In einem Bearbeitungsmodul werden unterschiedliche Vorrichtungen, Halte- und
Tragelemente und zugehörige Teile verwendet, um das Substrat 42 zu tragen und die
ordnungsgemäße Materialabscheidung auf dem Substrat 42 zu gewährleisten. Dazu
gehören Tragelemente zum Tragen des Substrats 42 während des Sputterns, die als
Klemmring- oder Klemmfingerkonstruktionen bekannt sind. Andere Elemente sind
beispielsweise neben dem Substrat 42 angebrachte Abschirmelemente, die dem Schutz
von Teilen der Klemmring- oder Klemmfingerkonstruktion dienen. Außerdem werden
Elemente zur Steuerung des Materialabscheidungswinkels relativ zum Substrat 42
verwendet, die als Kollimatorplatten bekannt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass in
einem Bearbeitungsmodul noch viele andere Einrichtungen, Elemente und Werkzeuge
zur Sicherstellung der ordnungsgemäßen Materialabscheidung auf dem Substrat 42
verwendet werden können. Aufgrund ihrer Konstruktion und ihrer Anbringung sind viele
Teile dieser Elemente in nächster Nachbarschaft des Substrats 42. Dadurch gelangt
Targetmaterial, das auf dem Substrat 42 abgeschieden werden soll, unbeabsichtigt
auch auf diese Elemente und bildet auf ihnen einen Überzug. Dadurch wird die
Funktion dieser Elemente und schließlich auch der Sputtervorgang beeinträchtigt.
Insbesondere ist festgestellt worden, dass die Funktion der Elemente bereits beeinträchtigt
ist, wenn sie einen nur 2.000 bis 3.000 Mikron dicken Materialüberzug tragen. Somit
sollten die Elemente ausgetauscht werden, wenn sie einen etwa 2.000 Mikron starken
Materialüberzug tragen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste
Ablageboden 72, der zweite Ablageboden 74, der dritte Ablageboden 76 und der vierte
Ablageboden 78 dazu eingerichtet, die Handhabung und die Aufbewahrung von
Austausch- und anderen Elementen zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird ein Austauschelement zum Austauschen eines entsprechenden
mit Targetmaterial überzogenen Elements auf einen ausgewählten Ablageboden im
Gestell 62 gebracht. In Fig. 3 tragen der erste Ablageboden 72 und der zweite
Ablageboden 74 jeweils ein Austauschelement 80 für ein mit Überzug versehenes Element,
das vom Roboterarm 40 aus einem ausgewählten Bearbeitungsmodul
herausgenommen wird. Außerdem sind der dritte Ablageboden 76 und der vierte Ablageboden 78
freigehalten worden, damit sie ein aus dem ausgewählten Bearbeitungsmodul
herausgenommenes mit Überzug versehenes Element aufnehmen können. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform enthält das Gestell 62 eine ausreichende Anzahl von
Ablageböden und Austauschelementen, d. h. es ist eine Vorhaltekapazität für eine
vorgegebene Anzahl von Elementaustauschvorgängen während der Lebensdauer eines Targets
vorhanden. Beispielsweise sind so viele Ablageböden und Austauschelemente
vorhanden, dass während der Lebensdauer eines Targets etwa fünf Mal ein mit Überzug
versehenes Halte- und Tragelement ausgetauscht werden kann. Außerdem enthält das
Gestell 62 eine vertikale Antriebswelle 66, die nach unten in die Modulkammer 56 und
durch das im Modulgehäuse 54 angebrachte Abdichtelement 68 aus dem
Servicemodul 52 heraus ragt. Das Abdichtelement 68 sorgt für eine zur Aufrechterhaltung eines
Hochvakuums ausreichende Abdichtung.
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Außerdem enthält das Servicemodul 52 einen mit der Antriebswelle 66 verbundenen
Liftantriebsmechanismus 70, um die Antriebswelle 66 und damit den ersten
Ablageboden 72, den zweiten Ablageboden 74, den dritten Ablageboden 76 und den vierten
Ablageboden 78 vertikal zu bewegen. Damit wird das wahlweise individuelle Fluchten
des ersten Ablagebodens 72, des zweiten Ablagebodens 74, des dritten Ablagebodens
76 und des vierten Ablagebodens 78 mit der ersten Öffnung 26 und dem Roboterarm
40 ermöglicht. Wenn also das vierte Modulventil 36 in Öffnungsstellung ist, kann der
Roboterarm 40 horizontal durch die erste Öffnung 26 wahlweise in die Modulkammer
56 und aus dieser heraus greifen, um Zugang zu dem mit der ersten Öffnung 26
fluchtenden gewünschten Ablageboden zu erhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass das
Servicemodul 52 auch mit dem fünften Modulventil 38 verbunden werden kann, um so
individuell den ersten Ablageboden 72, den zweiten Ablageboden 74, den dritten
Ablageboden 76 und den vierten Ablageboden 78 in eine Flucht mit der zweiten Öffnung 28
und dem Roboterarm 40 zu bringen. Wenn also das fünfte Modulventil 38 in
Öffnungsstellung ist, kann der Roboterarm 40 wahlweise horizontal durch die zweite Öffnung 28
in die Modulkammer 56 und aus dieser heraus greifen, um Zugang zu dem mit der
zweiten Öffnung 28 fluchtenden gewünschten Ablageboden zu erhalten. Ferner sei
darauf hingewiesen, dass ein anderer Roboterarm (nicht eingezeichnet) anstelle des
Roboterarms 40 oder zusätzlich zu diesem verwendet werden kann, um Elemente in
das Servicemodul 52 hinein- und aus diesem herauszutransportieren.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise des Servicemoduls 52 in Verbindung mit dem
ersten Bearbeitungsmodul 20 und dem zweiten Ablageboden 74 sowie dem dritten
Ablageboden 76 unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 5 beschrieben. Es sei jedoch darauf
hingewiesen, dass die nachfolgende Beschreibung auch für das zweite
Bearbeitungsmodul 22, das dritte Bearbeitungsmodul 24 und den ersten Ablageboden 72 sowie den
vierten Ablageboden 78 gilt. Bei Anlagebetrieb werden das erste Bearbeitungsmodul
20, das zweite Bearbeitungsmodul 22 und das dritte Bearbeitungsmodul 24 durch die
zugehörigen Modulpumpen (nicht einzeichnet) unter Hochvakuum gehalten. Außerdem
werden die Zentralkammer 14 und die Modulkammer 56 durch die Anlagenpumpe 58
bzw. die spezielle Pumpe 60 unter Hochvakuum gehalten, während sich das vierte
Modulventil 36 in Öffnungsstellung befindet. Um ein beschichtetes Element auf den
dritten Ablageboden 76 zu bringen, wird das Gestell 62 von der Antriebseinrichtung 70
vertikal bewegt, um den dritten Ablageboden 76 in eine Flucht mit der ersten Öffnung
26 und dem Roboterarm 40 zu bringen. Dann wird der Roboterarm 40 betätigt, um das
beschichtete Element 64 aus dem ersten Bearbeitungsmodul 20 herauszunehmen und
zur ersten Öffnung 26 zu bewegen (Fig. 3). Der Roboterarm 40 greift dann durch die
erste Öffnung 26 in die Modulkammer 56, wobei das beschichtete Element 64 auf dem
dritten Ablageboden 76 im Gestell 62 abgelegt wird. Dann wird der Roboterarm 40
betätigt, um sich wieder in die Zentralkammer 14 zurückzuziehen (Fig. 4). Dann wird das
Gestell 62 vertikal bewegt, um den zweiten Ablageboden 74 in eine Flucht mit der
ersten Öffnung 26 und dem Roboterarm 40 zu bringen. Daraufhin wird der Roboterarm 40
betätigt, damit er sich durch die erste Öffnung 26 in die Modulkammer 56 bewegt und
das Austauschelement 80 vorn zweiten Ablageboden 74 abnimmt. Der Roboterarm 40
transportiert dann das Austauschelement 80 aus der Modulkammer 56 durch die erste
Öffnung 26 (Fig. 5). Dann wird das Austauschelement 80 vom Roboterarm 40 zum
ersten Bearbeitungsmodul 20 transportiert. Dieser Vorgang wird für jedes im ersten
Bearbeitungsmodul 20 auszutauschende Element wiederholt. Die Erfindung ermöglicht
also den automatischen Austausch beschichteter Elemente, wodurch die Produktivität
wesentlich erhöht und die Betriebskosten gesenkt werden.
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Nachdem alle im Servicemodul 52 vorgehaltenen Austauschelemente eingesetzt sind,
sollten neue Austauschelemente in das Servicemodul 52 eingebracht und die
beschichteten
Elemente daraus entfernt werden. Erfindungsgemäß geschieht dies
dadurch, dass das vierte Modulventil 36 in Schließstellung gebracht und damit die
Modulkammer 56 gegenüber der Zentralkammer 14 isoliert wird. Daraufhin wird das
Servicemodul 52 belüftet und geöffnet, damit die beschichteten Elemente herausgenommen
und neue Austauschelemente auf die gewählten Ablageböden im Gestell 62
eingebracht werden können. Danach wird das Servicemodul 52 geschlossen und
abgedichtet, damit die Modulkammer 56 von der speziellen Pumpe 60 evakuiert werden kann.
Die Modulkammer 56 wird dann zur Vorbehandlung der Elemente ausreichend lange
evakuiert, bis das Oberflächenausgasen der Austauschelemente auf den gewünschten
Wert zurückgegangen ist. Dadurch stehen die Austauschelemente für den sofortigen
Einsatz im Bearbeitungsmodul 20 bereit, was die Produktivität beträchtlich erhöht und
die Kosten senkt. Alternativ dazu kann das vierte Modulventil 36 in Öffnungsstellung
gebracht werden, damit die Modulkammer 56 von der Anlagenpumpe 58 evakuiert
werden kann. Sobald das Vakuum in der Modulkammer 56 in etwa denselben Pegel
wie in der Zentralkammer 14 erreicht hat, wird das vierte Modulventil 36 in
Öffnungsstellung gebracht.
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Der Roboterarm 40 kann so konfiguriert werden, dass seine Bewegungsmöglichkeiten
auf relativ einfache Bewegungen beschränkt sind. Die Halte- und Traglemente sollten
dann den Bewegungsmöglichkeiten des Roboterarms 40 angepasst sein, damit sie von
diesem im ersten Bearbeitungsmodul 20, im zweiten Bearbeitungsmodul 22 und im
dritten Bearbeitungsmodul 24 exakt platziert und festgesetzt werden können. Fig. 6A
zeigt einen Befestigungsring 82 und eine Montagebasis 84 zur Befestigung eines
Substrats 87. Der Befestigungsring 87 und die Montagebasis 84 weisen jeweils eine
Öffnung 85 auf, die so bemessen ist, dass ausreichend Zugang zum Substrat 87 gegeben
ist. Der Ring 82 weist mehrere schlüssellochartige Öffnungen 86 auf, die jeweils einen
kreisrunden Abschnitt 88 und einen Schlitzabschnitt 90 haben. Die Montagebasis 84
enthält eine entsprechende Anzahl von Knopfelementen 92, die jeweils durch einen
aufrechten Stiftabschnitt 94, der über die Montagebasis 84 ragt, mit der Montagebasis
84 verbunden sind. Jedes der Knopfelemente 92 ist so bemessen, dass es in die
zugehörige kreisrunde Öffnung 88 und nicht in den Schlitzabschnitt 90 eingeführt werden
kann. Jeder der Stiftabschnitte 94 ist so bemessen, dass er in den entsprechenden
Schlitzabschnitt 90 eingeführt und lateral darin bewegt werden kann.
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Im praktischen Einsatz wird das Substrat 87 zwischen dem Ring 82 und der
Montagebasis 84 platziert. Außerdem wird der Ring 82 vom Roboterarm 40 so über der
Montagebasis 84 platziert, dass die Knopfelemente 92 jeweils mit der zugehörigen
kreisrunden Öffnung 88 fluchten. Fig. 6B zeigt einen Teilquerschnitt eines der Knopfelemente
92 sowie den Ring 82, das Substrat 87 und die Montagebasis 84 im Querschnitt. In
Fig. 6B ist das Substrat 87 zwischen dem Ring 82 und der Montagebasis 84 platziert.
Der Ring 82 wird so auf das Substrat 87 abgesenkt, dass jedes der Knopfelemente 92
des Montagerings 84 in die zugehörige kreisrunde Öffnung 88 gelangt. Gemäß Fig. 6C
bewegt der Roboterarm 40 (Fig. 2) dann den Ring 82 horizontal, so dass jeder der
Stiftabschnitte 94 von der Seite her in den zugehörigen Schlitzabschnitt 90 eingeführt
wird. In dieser Position wird der Ring 82 von den Knopfelementen 92 daran gehindert,
sich von der Montagebasis 84 zu trennen, so dass das Substrat 87 zwischen dem Ring
82 und der Montagebasis 84 festsitzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist
der Roboterarm 40 einen Endeffektor für den Transport von Substraten und einen
Adapter zum Greifen unterschiedlicher Elemente auf.
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Fig. 7 zeigt die Sputteranlage 106, eine andere Ausführungsform der Erfindung. Bei
dieser Ausführungsform ist das Servicemodul 52 über ein sechstes Modulventil 108
unmittelbar entweder mit dem ersten Bearbeitungsmodul 20 oder mit dem zweiten
Bearbeitungsmodul 22 oder mit dem dritten Bearbeitungsmodul 24 verbunden. Fig. 7
zeigt das Servicemodul 52 direkt mit dem ersten Bearbeitungsmodul 20 verbunden. Bei
dieser Ausführungsform kann für den Transport der Elemente entweder der
Roboterarm 40 oder ein gesonderter Elementhandhabungsmechanismus verwendet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform können die Elemente direkt durch die
Einführungsschleuse in ein Bearbeitungsmodul eingeführt werden. Dadurch werden
unbegrenzt viele Elementaustauschvorgänge ohne die Einschränkungen hinsichtlich der
Vorhaltekapazität ermöglicht.