DE4447977B4

DE4447977B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Plasmabehandlung von flachen Werkstücken, insbesondere flachen, aktiven Bildschirmen, sowie Verwendung der Vorrichtung

Info

Publication number: DE4447977B4
Application number: DE4447977A
Authority: DE
Inventors: Jacques Schmitt; Paul-René Muralt
Original assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Current assignee: TEL Solar AG
Priority date: 1993-05-03
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2014-04-15
Also published as: JP3683599B2; FR2705104B1; US5693238A; US6533534B2; FR2705104A1; CH687987A5; DE4412902B4; US20010003272A1; DE4412902A1; JPH06346245A; JP2004282086A

Abstract

Vorrichtung für eine Vakuum-Plasmabehandlung mit
– zumindest einem Stapel (20) von übereinander liegenden Plasmakammern (1) mit einem gemeinsamen Vakuumraumbereich, wobei die Plasmakammern (1) Ablagen aufweisen, die übereinander gestapelt und vertikal aufeinander ausgerichtet sind, wobei die Plasmakammern (1) Bedienungsöffnungen (17) aufweisen, die vertikal übereinander angeordnet und in horizontaler Richtung bedienbar sind,
– einem Transportraum (23_T), der über die Bedienungsöffnungen (17) mit dem Stapel (20) in Verbindung steht und eine Transporteinrichtung (25) umfasst, die um eine vertikale Achse in der Transportkammer (23) durch eine Antriebseinrichtung drehbar ist und eine der Anzahl Plasmakammern (1) in dem Stapel (20) gleiche Anzahl Träger (27) umfasst, die vertikal übereinander gestapelt sind, sich horizontal erstrecken und horizontal bewegbar sind, und
– einer Schleusenkammer (30), die gegen den Transportraum ein erstes Schleusenventil (32) und gegen die Umgebung der Vorrichtung ein weiteres Schleusenventil (34) aufweist, wobei in der Schleusenkammer (30) ein Magazin (36) für zu behandelnde...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Plasmabehandlung von flachen, plasmabehandelten Werkstücken, insbesondere flachen, aktiven Bildschirmen, sowie die Verwendung der Vorrichtung.
Insbesondere bei der Halbleiterfertigung, wozu plasmaunterstützte Verfahren, insbesondere plasmaunterstützte Beschichtungsverfahren, darunter insbesondere auch plasmaunterstützte reaktive Beschichtungsverfahren, wie plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidungsverfahren, bekannt unter dem Kürzel PECVD-Verfahren, eingesetzt werden, insbesondere unterstützt durch HF-Plasmen (1 bis 100 MHz), ist es unabdingbar zu verhindern, dass die bearbeiteten Werkstückoberflächen durch Störpartikel, insbesondere Staub- oder Pulverpartikel, kontaminiert werden. Das Verhindern solcher Kontaminationsablagerungen ist ein wesentliches Problem bei den erwähnten Bearbeitungsprozessen.
Dieses Problem wurde bis heute so angegangen, dass mit allen Mitteln versucht wurde, die Staub- bzw. Pulverbildung während solcher Bearbeitungsprozesse zu minimalisieren. Da die erwähnte Staub- oder Pulverbildung nicht verhindert werden kann, liefen die Bemühungen dahin, einmal entstandenes Pulver bzw. einmal entstandenen Staub möglichst effizient aus dem bearbeitungswirksamen Plasmaentladungsraum zu entfernen, d. h. danach zu trachten, im genannten behandlungswirksamen Plasmaentladungsraum einen staub- bzw. pulverlosen Zustand anzustreben. Diesbezüglich wird verwiesen auf die EP 0 425 419 A2 und die EP 0 453 780 A2 . Weiterhin wird verwiesen auf die US 5 112 641 A , die eine Einrichtung zum gleichzeitigem Transport von mehreren Wafern in einer vertikalen CVD-Diffusionsvorrichtung beschreibt, die DE 33 08 222 A1 , die eine Vorrichtung zur Behandlung von Werkstücken mit Gasplasma aufzeigt, wobei ein verstellbarer Arm zum Transport der Werkstücke zwischen vertikalen Positionen in einer Kassette und der gestapelten Anordnung der Ätzabschnitte vorgesehen ist, die DE 91 13 860 U1 , die eine Vorrichtung zum Beschichten von flachen Substraten angibt, bei dem eine Vielzahl von Prozesskammern und ein gemeinsamer Substratlift vorgesehen sind, und die US 4 962 726 A , die eine CVD-Vorrichtung beschreibt, bei der ebenfalls ein Waferlift vorgesehen ist.
Darüber hinaus sollen die Bearbeitungsschritte jedoch auch effektiv und zeitsparend im industriellen Maßstab durchführbar sein.
Die vorliegende Erfindung setzt sich somit zum Ziel, die Bearbeitungsrate zu erhöhen, ohne dabei die Oberflächenqualität der bearbeiteten Oberfläche zu verringern.
Die gestellte Aufgabe soll insbesondere für Beschichtungsprozesse gelöst werden, dabei insbesondere bei reaktiven plasmaunterstützten, insbesondere Hochfrequenz-plasmaunterstützten reaktiven Beschichtungsverfahren, sogenannten Hochfrequenz-PECVD-Verfahren.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung nach Anspruch 1, das Verfahren nach Anspruch 12 sowie die Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 25 und 26 Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Obwohl insbesondere auf HF-PECVD-Verfahren gerichtet, kann das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich bei DC- oder AC-Plasmaverfahren oder AC + DC-Mischformen eingesetzt werden.
Insbesondere eignet sich das erwähnte Vorgehen bei hochfrequenzplasmaunterstützten Bearbeitungsverfahren, bei denen ein Hochfrequenzplasma kontinuierlich oder mindestens zeitweise gepulst eingesetzt wird.
Das erwähnte Vorgehen eignet sich weiter insbesondere für die gleichförmige Behandlung im wesentlichen planer, großflächiger Werkstücke.
Die Erfindung wird anschließend anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
1 schematisch im Querschnitt eine Plasmakammer
2a bis 2c schematisch eine Plasmabehandlungsanlage mit mindestens einem Stapel von Plasmakammern, wie sie beispielsweise in 1 dargestellt ist, bei welcher Anlage das erfindungsgemäße Vorgehen in einer bevorzugten Ausführungsvariante eingesetzt wird;
3 schematisch einen Längsschnitt durch Plasmakammern des Stapels gemäß 2 mit Vorkehrungen zum Entkoppeln der darin gebildeten Behandlungsräume von einem Transportraum gemäß 2;
4 schematisch eine weiter ausgebaute Anlage gemäß 2 in Aufsicht und mit der Abfolge gemäß den 4a bis 4e einen bevorzugten Betriebszyklus;
5a bis 5d den bevorzugten zentralen Betrieb der an der Anlage gemäß 2 in mindestens einem Stapel angeordneten Plasmakammern;
6 schematisch im Längsschnitt eine bevorzugte Ausführungsvariante eines Magazins in der Schleusenkammer der Anlage gemäß 2;
7 schematisch eine Plasmakammer, wie sie vorzugsweise auch an der Anlage gemäß 2 eingesetzt wird, in einer bevorzugten Variante;
8a bis 8g anhand einer Betriebssequenz einen bevorzugten Betriebsablauf.
In der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Ausdruck „Plasmakammer” ein evakuierter Raumbereich verstanden, worin eine selbständige Plasmaentladung unterhalten wird, sei dies eine DC-, AC-, gemischt AC- und DC-Plasmaentladung, insbesondere auch eine Hochfrequenzentladung, kontinuierlich unterhalten oder mindestens zeitweise gepulst. Es wird auf die EP 0 221 812 A2 sowie die EP 0 312 447 A1 verwiesen, die zum integrierten Bestandteil der vorliegenden Beschreibung erklärt werden. Die Plasmakammer kann dabei bevorzugterweise mindestens teilweise durch Abschottungswände begrenzt sein. Typischerweise wird in den Plasmakammern ein Druck von 10^–2 mbar bis 10 mbar, vorzugsweise von 10^–1 mbar bis 1 mbar unterhalten.
In 1 ist als Beispiel und als bevorzugte Ausführungsvariante schematisch im Längsschnitt eine Plasmakammer 1 dargestellt. Sie umfasst in ihrem oberen Bereich eine flächig ausgedehnte Elektrode 3, welche DC-, AC- oder gemischt AC- und DC- gespeist wird, wobei unter AC auch und insbesondere HF verstanden sei und unter AC + DC Gemischtspeisung, insbesondere auch gepulste DC- bzw. gepulste HF-Speisung. Unter HF sei ein Frequenzbereich von 1 bis 100 MHz verstanden. Bei der dargestellten Ausführungsvariante weist die flächige Elektrode 3 flächig verteilte Austrittsöffnungen 5 auf, durch welche ein Gas G mindestens mit einem Reaktivgasanteil dem Plasmaentladungsraum PL zugespeist wird. Im Boden 7 der Plasmakammer 1 ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante ein Hubmechanismus 9 vorgesehen mit einem Antrieb 11 zum Ablegen des Substrates. Er umfasst beispielsweise drei mit dem Antrieb 11 auf und ab bewegliche Stößel 13, welche, wie schematisch dargestellt, mittels des Antriebes 11 synchron betrieben werden und beispielsweise mittels Federbalgen 15 gegen die Umgebung abgedichtet sind. Es ist auch möglich, die Stößel 13 so auszubilden, dass sie, abgesenkt, selbstdichtend wirken.
Eine Plasmakammer, beispielsweise und vorzugsweise der dargestellten Art, ist Grundbaustein für die nachfolgend beschriebene Anlage, bei welcher es sich nicht zwingend, aber weitaus bevorzugt, um eine Anlage zum plasmaunterstützten chemischen Dampfabscheidungsbeschichten von Werkstücken handelt, bekannt unter der Abkürzung PECVD, dabei insbesondere unterstützt durch ein Hochfrequenzplasma.
In 2 ist schematisch eine Minimalkonfiguration der Anlage dargestellt. Sie umfasst, wie erwähnt in Minimalkonfiguration, einen Stapel 20 übereinanderliegender Plasmakammern 1. Letztere sind in den 2a bis 2d nurmehr schematisch dargestellt und vorzugsweise aufgebaut, wie anhand von 1 erläutert wurde.
Die Plasmakammern 1 weisen seitlich je Bedienungsöffnungen 17 auf, welche mithin einen Bedienungsöffnungsstapel bilden und alle in einen gemeinsamen Vakuumraum 23 ausmünden. Der außerhalb der Plasmakammern 1 liegende Vakuumraum 23 bildet einen Transportraum 23_T . Darin ist eine Transporteinrichtung 25 vorgesehen, welche eine Anzahl horizontaler Träger 27 umfasst, bevorzugterweise ausgebildet als Trägergabeln. Die Anzahl vorgesehener horizontaler Träger 27 ist gleich der am Stapel 20 vorgesehenen Anzahl Plasmakammern 1. Die Träger 27 sind, wie mit dem Pfeil H dargestellt, vorzugsweise synchron, horizontal verschieblich, wie dargestellt, beispielsweise, indem sie gemeinsam an einem in Horizontalrichtung H getrie ben hin und her verschieblichen Trägerbaum 29 montiert sind. Durch dieses horizontale Vorschieben bzw. Rückholen werden bevorzugterweise flächige Werkstücke 31 durch die Bedienungsöffnungen 17 der Plasmakammern 1 in letztere eingeführt bzw. daraus rückgeholt, wie aus den 2b bis 2d ersichtlich.
Zum Beladen aller Plasmakammern 1 des Stapels 20 wird in 2a die Transporteinrichtung 25 nach rechts vorgeschoben, bis sie die in 2b dargestellte Position erreicht. Daraufhin wird der anhand von 1 dargestellte Hubmechanismus 9 mit den Stößeln 13 angehoben und hebt in allen Plasmakammern 1 gleichzeitig die Werkstücke 31 von den Trägern 27 ab. Dies ist in 2b durch den Pfeil V schematisch dargestellt.
Nach Abheben der Werkstücke 31 durch den Hubmechanismus 9 mit den Stößeln 13 gemäß 1 und Erreichen der Relativpositionen gemäß 2c wird die Transporteinrichtung 25 mit den Trägern 27 in der in 2c dargestellten Richtung horizontal rückgeholt, gemäß 2d werden daraufhin die Werkstücke 31 durch Absenken der Hubeinrichtung 9 gemäß 1 in ihre Behandlungsposition abgesenkt.
Es versteht sich von selbst, dass die beschriebene vertikale Relativbewegung der Werkstücke 31 bezüglich der Träger 27 auch dadurch realisiert werden kann, dass synchron alle Träger 27 in den Kammern 1 abgesenkt bzw., zum Rückholen der Werkstücke, angehoben werden und letztere auf stationären Ablagen in den Plasmakammern für die Bearbeitung abgelegt werden können.
In der Minimalkonfiguration der Behandlungsanlage, welche, wie bereits beschrieben wurde, einen Vakuumraumbereich mit dem Plasmakammerstapel 20 umfasst, weiter einen Transportraumabschnitt 23_T , worin die Transporteinrichtung 25 vorgesehen ist und sich darin bewegt, weist weiter, gemäß 2a, eine Schleusenkammer 30 auf, welche, wie schematisch dargestellt, gegen den Transportraumbereich 23_T ein erstes Schleusenventil 32 und gegen Anlagenumgebung ein weiteres Schleusenventil 34 aufweist. In der Schleusenkammer ist ein Magazin 36 für die Zwischenlagerung noch zu behandelnder und/oder bereits behandelter Werkstücke vorgesehen.
Um nebst dem Stapel 20 von Plasmakammern 1 auch das Magazin 36 in der Schleusenkammer 30 zu bedienen, ist die Transporteinrichtung 25 nicht nur in Horizontalrichtung H bzw. -H verschieblich, sondern zusätzlich, wie bei ω dargestellt, um eine Vertikalachse getrieben drehbeweglich, damit die Träger 27 auch in Bedienungsposition für die Schleusenkammer 30 gedreht werden können.
Wie erwähnt wurde, handelt es sich bei den Plasmakammern 1 des Stapels 20 in bevorzugter Art und Weise um PECVD-Behandlungskammern. Je nach durchzuführendem Behandlungsprozess werden die Bedienungsöffnungen 17 der Plasmakammern 1 während der Werkstückbehandlung gegen den Transportraum 23_T nicht verschlossen, oder es wird lediglich eine Druckstufe zwischen dem Inneren der Plasmakammern 1 und dem Transportraum 23 erstellt, oder die Plasmakammern 1 werden während der Werkstückbehandlung vakuumdicht verschlossen. Letzteres gilt insbesondere für die PECVD-Behandlung.
In 3 ist schematisch eine Ausführungsvariante dargestellt, um während der Werkstückbehandlung die erwähnten Bedienungsöffnungen 17 vakuumdicht oder lediglich unter Aufbau einer Druckstufe gegen den Transportraum 23_T zu schließen. Hierzu wird ein vertikaler, in Richtung ± V getrieben verschieblicher Jalousieschieber 38 vorgesehen, welcher, entsprechend den am Stapel 20 vorgesehenen Bedienungsöffnungen 17 gerastert, Durchreichöffnungen 39 aufweist, die bei geöffnetem Jalousieschieber gemäß 3(b) mit den Bedienungsöffnungen 17 der Plasmakammern 1 fluchten. Die Träger 27 können in dieser Position die Kammern 1 des Stapels 20 bedienen.
Am Jalousieschieber 38 sind weiter horizontal getrieben verschiebliche Verschließplatten 41 vorgesehen, versehen mit balggekapselten Stößeln und Antrieben 43.
Zum Schließen der Behandlungsräume in den Kammern 1 wird der Jalousieschieber 38 vertikal in die in 3(a) dargestellte Position bewegt, worauf die Verschließplatten 41 nach rechts vorgetrieben werden, um die Bedienungsöffnungen 17 der Plasmakammern 1 vakuumdicht zu verschließen oder zwischen Transportraum 23_T und den Behandlungsräumen in besagten Kammern 1 eine Druckstufe zu bilden.
In 4 ist, ausgehend von der anhand von 2 dargestellten Minimalkonfiguration, schematisch die Aufsicht auf eine weiter ausgebaute Anlage dargestellt, mit zwei Plasmakammerstapeln 20a und 20b, einem Transportraumbereich 23_T und einer Schleusenkammer 30. Anhand der Sequenz gemäß 4a bis 4e soll ein bevorzugter Betrieb einer solchen Anlage insbesondere für einen PECVD-Behandlungsprozess beschrieben werden.
In der Betriebsphase gemäß 4(a) werden die Werkstücke in den beiden Plasmakammerstapeln 20a und 20b PECVD-behandelt, wozu, wie anhand von 3 erläutert wurde, mindestens eine Druckstufe zwischen den Behandlungsräumen der Plasmakammern 1 und dem Transportraum 23_T erstellt ist. Das Schleusenventil 32 gemäß 2a ist geöffnet, das Schleusenventil 34 gegen die Umgebung geschlossen.
Nach Beendigung des Behandlungsprozesses werden, wie in 3b dargestellt, mit der Transporteinrichtung 25 gemäß 2a die Stapel 20a, 20b, vorzugsweise nacheinander entladen, und es werden die behandelten Werkstücke in das Magazin 36 in der Schleusenkammer 30 abgelegt. Wie noch zu beschreiben sein wird, umfasst das Magazin 36 vorzugsweise so viele Magazinfächer, wie gesamthaft an der Anlage Werkstücke behandelt werden können, d. h. bei Vorsehen von zwei Plasmakammerstapeln gemäß
4 so viele Magazinfächer, wie an den beiden Stapeln gesamthaft Plasmakammern 1 vorhanden sind.
Gemäß 4(c) wird das Schleusenventil 32 nun gegen den Transportraum 23_T geschlossen, das Schleusenventil 34 geöffnet, und es werden die behandelten Werkstücke im Magazin 36 durch zu behandelnde ersetzt. Während dieser Umladezeitspanne des Magazins 36 werden die Plasmakammern 1 der Stapel reinigungsgeätzt, vorzugsweise HF-plasmageätzt. Um dabei zu verhindern, dass Reinigungsgas und Reaktionsprodukte von Reinigungsgas und geätzter Schicht von den reinigungsgeätzten Plasmakammern in den Transportraum 23_T eindringt, wird bevorzugterweise mit der Anordnung, wie sie anhand von 3 beschrieben wurde, eine Druckstufe zwischen den Plasmakammern 1 und dem Transportraum 23_T erstellt und in den Transportraum 23_T ein neutrales Gas, wie beispielsweise Stickstoff, so eingelassen, dass vom Transportraum 23_T in die Plasmakammern 1 ein Druckgefälle entsteht. Damit wird verhindert, dass Reinigungsstaub in den Transportraum 23_T eindringt. Die Kammern 1 werden ihrerseits während des Reinigungsätzens abgepumpt.
Während dieser Zeitspanne ist das Magazin 36 mit zu bearbeitenden Werkstücken geladen worden. Diese werden, gemäß 4(d), im nächstfolgenden Schritt an die gereinigten Plasmakammern der Stapel verteilt.
Aufgrund des Reinigungsätzschrittes sind die Wandungen und Elektrodenflächen der Plasmakammern 1 relativ stark erwärmt worden. Diese Wärme wird nun bevorzugterweise gemäß Schritt 4(e) zum Vorerwärmen der in die Plasmakammern 1 frisch geladenen Werkstücke verwendet. Da die Verteilung der Werkstücke gemäß Phase 4(d) in Vakuum erfolgt, ist die Wärmeabfuhr der beim Reinigungsätzen erwärmten Teile der Plasmakammern 1 relativ gering. Nachdem nun die frisch zu bearbeitenden Werkstücke in die Plasmakammern 1 geladen sind und gemäß den Ausführungen zu 3 mindestens über eine Druckstufe vom Transportraum 23_T abgetrennt sind, wird ein Wärmeleitungsgas, beispielsweise Wasserstoff oder Helium, in die Plasmakammern 1 eingelassen, unter einem solchen Druck, dass eine namhafte Wärmeleitung zwischen vorgenannten erwärmten Kammerteilen und den nun in die Kammern geladenen Werkstücken einsetzt.
Nach dieser Vorheizung der Werkstücke, wodurch sie, waren sie doch vor Bearbeitungsbeginn Normalatmosphäre ausgesetzt, entgast werden, werden sie gemäß Phase 4(a) beschichtet, insbesondere PECVD-beschichtet.
An der dargestellten Anlage werden in einer bevorzugten Ausführungsvariante alle Plasmakammern 1 separat gepumpt, insbesondere auch für das Reinigungsätzen und für das Heizentgasen der Werkstücke.
Wie schematisch in 5 dargestellt, werden für reaktive Behandlungsprozesse, insbesondere für das bevorzugte PECVD-Verfahren, gemäß 5(a) alle Plasmakammern 1 mindestens eines Stapels von einer zentralen Reaktivgasspeisung gespeist und dabei sichergestellt, dass alle Kammern 1 des Stapels gleichermaßen reaktivgasbeaufschlagt werden. Dies erfolgt, indem beispielsweise von relativ großvolumigen Druckverteilkammern 50 zu allen Kammern 1 gleiche Gasströmungswege 51 erstellt werden.
Gemäß 5(b) werden, da synchron betrieben, auch alle Kammern 1 mindestens eines Stapels durch eine zentrale Pumpanordnung synchron gepumpt.
Auch die elektrische Speisung der an allen Plasmakammern mindestens eines Stapels unterhaltenen Plasmaentladungen erfolgt bevorzugterweise aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ab einer zentralen Generatoreinheit, gemäß 5(c) im bevorzugten Fall des Unterhalts eines Hochfrequenzplasmas, ab einem zentralen HF-Generator mit zentralem Anpassnetzwerk und gegebenenfalls kammerspezifischen Abgleichnetzwerken, dargestellt durch die kammerspezifischen Induktivitäten, um unterschiedliche Hochfrequenz- Leitungsverhältnisse zu den Kammern abzugleichen.
Werden an der beschriebenen Anlage die Prozesse in den Plasmakammern 1 überwacht, gesteuert oder geregelt, so erfolgt dies vorzugsweise wiederum über eine zentrale Einheit, welch letztere nach Bedarf den einzelnen Kammern aufgeschaltet wird, sei dies im Sinne eines Multiplexsystems, in starrer Abfolge oder in variierender Abfolge, je nach Erfordernis an den Stapelkammern.
Dies ist schematisch in 5(d) dargestellt, anhand des Beispiels, die Plasmaentladung mittels eines zentralen Plasmaemissionsmonitors zu überwachen.
In 6 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsvariante eines Magazins 36 in der Magazinkammer 30 gemäß 2a dargestellt. Das Magazin 36 umfasst eine Anzahl Magazinablagen 37, welche mindestens der Anzahl an der Anlage synchron behandelter Werkstücke entspricht, vorzugsweise der doppelten, um das Werkstück-Durchschleusen zu vereinfachen. Wenn, wie anhand von 2a gezeigt wurde, zwischen den Ablageflächen für Werkstücke und den Trägern 27 dadurch eine Relativbewegung realisiert wird, dass an den Plasmakammern 1 Hubvorrichtungen 9, wie sie anhand von 1 erläutert wurden, vorgesehen sind und mithin die Träger 27, vertikal, keine Belade- bzw. Entladebewegung durchführen, so wird gemäß 6 das Magazin 36 vorzugsweise gesamthaft vertikal bewegt, wie mit dem Doppelpfeil ±V dargestellt, um jeweils von den Trägern 27 die Werkstücke aufzunehmen bzw. sie an die Träger 27 zu übergeben.
Bis dahin wurde eine neuartige Anlagekonfiguration sowie ihr Betrieb beschrieben, insbesondere für Hochfrequenz-PECVD-Beschichtungen.
Nachfolgend wird nun ein insbesondere auch im Zusammenhang mit der beschriebenen Anlage einsetzbares Verfahren beschrieben, mit entsprechenden anlagespezifischen Vorkehrungen, womit die Beschichtungsgeschwindigkeit und -qualität von Plasmabeschichtungsprozessen wesentlich verbessert wird. Das zu beschreibende Vorgehen bzw. zugeordnete Anlagemerkmale eignen sich grundsätzlich für Plasmabeschichtungsprozesse, seien dies DC-, AC- oder gemischt AC- + DC-Plasmaprozesse der eingangs definierten Arten. Es gelten aber die nachfolgenden Ausführungen insbesondere für reaktive hochfrequenz-plasmaunterstützte Beschichtungsprozesse, wie für HF-PECVD-Prozesse. Sie gelten aber auch z. B. für HF ion plating-Prozesse. Wie erwähnt, sei unter HF vorzugsweise ein Frequenzbereich von 1 bis 100 MHz verstanden.
Allerdings soll, wenn im nachfolgenden auf derartige HF-plasmaunterstützte reaktive Prozesse eingegangen wird, das erwähnte Vorgehen nicht als auf solche Prozesse beschränkt ausgelegt werden.
In 7 ist schematisch eine Plasmakammer, beispielsweise der in 1, 2 vorbeschriebenen Art, dargestellt. Eine flächige HF-Elektrode 60 bildet gleichzeitig eine flächig verteilte Gasausdüsanordnung mindestens für ein Reakitivgas G, welches dem Plasmaentladungsraum PL zugedüst wird. Der HF-Elektrode 60 gegenüberliegend ist eine Werkstückträgerelektrode 62 in bekannter Art und Weise angeordnet. Bezüglich der DC-Potentialverhältnisse ist selbstverständlich, dass das Kammergehäuse 63 und/oder die Werkstückträger-Elektrode 62 in üblicher Art und Weise auf Bezugspotential, wie beispielsweise Massepotential, gelegt sein können. Der Fachmann kennt alle diesbezüglich bekannten Varianten.
In 8 ist, z. B. rückblickend auf die oben beschriebene neuartige Anlagekonfiguration mit Plasmareaktorstapel, dargestellt, wie auch dort bevorzugterweise und unter Berücksichtigung der eben beschriebenen Erkenntnisse die Beladung und Entladung der Plasmakammern 1 erfolgt.
Gemäß 8(a) wird das Werkstück 31 (2a) auf den Hubmechanismus 9 mit den Stößeln 13 abgelegt.
Gemäß 8(b) wird daraufhin – sobald eine Druckstufe erstellt ist – ein neutrales Plasma in der Plasmakammer 1 gezündet, nachdem bezüglich des Transportraumes 23_T gemäß 3 vorzugsweise mindestens eine Druckstufe mit den Verschließplatten 41 erstellt worden ist. Dabei wird ein nicht reaktives Gas, beispielsweise Argon und/oder Wasserstoff, wie dargestellt, eingelassen. Dabei wird, wie zuvor beschrieben wurde, das Werkstück 31 auch erhitzt, u. a. zu seiner Entgasung. Die Absaugung A ist gestartet.
Sich z. B. bei der mechanischen Absenkung des Werkstückes 31 gemäß 8(c) bildender Staub wird im weiterhin unterhaltenen neutralen Plasma gefangen und durch die Neutralgas-Querströnung bei A abgesaugt. Ist gemäß 8(d) das Werkstück abgesenkt, wird der Reaktivgaseinlass initialisiert, vorzugsweise sowohl durch die eine Gasdusche bildende HF-Elektrode 62 wie auch durch den seitlichen Spülgaseinlass wie dargestellt. Während des nun folgenden Beschichtungsprozesses wird, wie anhand von 7 beschrieben wurde, die Staubdichte in der Plasmaentladung nicht zum Verschwinden gebracht, sondern so beherrscht, dass sie ein vorgegebenes Maß nicht übersteigt.
Nach Beendigung des Beschichtungsprozesses wird gemäß 8(e) die Querströmung von Reaktivgas erhöht oder eines neutralen Gases oder auf eine neutrale Plasmaentladung (nicht dargestellt) wie beschrieben wurde, übergegangen. Auch während des Anhebens des beschichteten Werkstückes gemäß 8(f) bleibt eine staubfangende Plasmaentladung aufrechterhalten, sei dies als neutrale Plasmaentladung oder weiterhin als Reaktivplasmaentladung, wenn der Beschichtungsprozess nicht in einem bestimmten Zeitpunkt zu beenden ist.
Gemäß 8(g) wird daraufhin das Werkstück 31 aus den Plasmakammern 1 entfernt, wobei in dieser Betriebsphase, wie auch gegebenenfalls in derjenigen nach 8(a) und insbesondere nach 8(b), bevorzugterweise eine Plasmaentladung, wie gestrichelt dargestellt, aufrechterhalten bleibt, nicht eine Reaktivplasmaentladung, sondern eine Neutralplasmaentladung, insbesondere eine Wasserstoff-Plasmaentladung, einerseits zum weiteren Auffangen von Staubpartikeln, anderseits zum Reinigungsätzen der Kammer.
Wie in 8(a) und 8(g) eingetragen, wird dann Wasserstoff einerseits eingelassen und anderseits abgesaugt, so dass im Plasma gefangener Staub in diesen Phasen möglichst vollständig ausgeräumt wird.
Die beschriebene Anlage und das beschriebene Verfahren eignen sich insbesondere für die Herstellung von flachen, aktiven Bildschirmen.

Claims

Vorrichtung für eine Vakuum-Plasmabehandlung mit – zumindest einem Stapel (20) von übereinander liegenden Plasmakammern (1) mit einem gemeinsamen Vakuumraumbereich, wobei die Plasmakammern (1) Ablagen aufweisen, die übereinander gestapelt und vertikal aufeinander ausgerichtet sind, wobei die Plasmakammern (1) Bedienungsöffnungen (17) aufweisen, die vertikal übereinander angeordnet und in horizontaler Richtung bedienbar sind, – einem Transportraum (23_T ), der über die Bedienungsöffnungen (17) mit dem Stapel (20) in Verbindung steht und eine Transporteinrichtung (25) umfasst, die um eine vertikale Achse in der Transportkammer (23) durch eine Antriebseinrichtung drehbar ist und eine der Anzahl Plasmakammern (1) in dem Stapel (20) gleiche Anzahl Träger (27) umfasst, die vertikal übereinander gestapelt sind, sich horizontal erstrecken und horizontal bewegbar sind, und – einer Schleusenkammer (30), die gegen den Transportraum ein erstes Schleusenventil (32) und gegen die Umgebung der Vorrichtung ein weiteres Schleusenventil (34) aufweist, wobei in der Schleusenkammer (30) ein Magazin (36) für zu behandelnde und/oder bereits behandelte Werkstücke vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Plasmakammern (1) mit dem Transportraum (23_T ) offen oder über mindestens eine Druckstufe verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Plasmakammern (1) jeweils einen separaten Pumpanschluss und einen separaten Gaseinlass umfassen und/oder alle Plasmakammern (1) zumindest eines Stapels (20) eine zentrale Pumpananordnung und eine zentrale Gasspeisung umfassen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher die Bedienungsöffnungen (17) abdichtend oder unter Ausbildung einer Druckstufe zwischen dem Inneren der Plasmakammer 1 und dem Transportraum 23_T schließbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der Stapel (20) flächig ausgedehnte Elektrodenanordnungen (3) umfasst, die von den Ablagen (9, 13) beabstandet sind und diesen jeweils gegenüber liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Elektrodenanordnung (3) betriebswirksam mit einem HF-Generator verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher kammerspezifische Abgleichsnetzwerke des HF-Generators an den Plasmakammern (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei welcher die Transporteinrichtung (25) einen Trägerbaum (29) umfasst, der die Träger (27) trägt, wobei der Trägerbaum (29) horizontal über eine Antriebseinrichtung bewegbar ist, und wobei die Träger (27) sich von dem Baum (29) in Richtung von der Drehachse der Transporteinrichtung (25) weg erstrecken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schleusenkammer (30) eine Anzahl von Fächern aufweist, die horizontal angeordnet und vertikal übereinander gestapelt sind, wobei die Anzahl der Fächer zumindest gleich der Anzahl der Träger (27) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die Anzahl der Fächer gleich der Anzahl der Träger multipliziert mit einer ganzen Zahl, insbesondere 2, ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die Träger (27) gemeinsam und in angetriebener Weise auf- und abwärts in vertikaler Richtung bewegbar sind.
Verfahren zur Plasmabehandlung von flachen Werkstücken in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Schritte: – Ablegen von Werkstücken (31) auf den Trägern (27); – Drehen der Transporteinrichtung (25), um die Träger (27) in Ausrichtung den Bedienungsöffnungen (17) eines Stapels (20) zu bringen; – horizontales Vorschieben der Trägers (27) in die Bedienungsöffnungen (17); – Ablegen der Werkstücke auf den Ablagen; – horizontales Rückholen der Trägers (27) aus den Bedienungsöffnungen (17); – Plasmabehandlung der Werkstücke (31) innerhalb der Plasmakammern (1) des Stapels (20); – Entfernen der plasmabehandelten Werkstücke (31) aus dem Stapel (20).
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend die Plasmabehandlung mittels einer flächig ausgedehnten Elektrode (3), die beabstandet und gegenüberliegend zu der Ablage ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, ferner umfassend das Bereitstellen des Plasmas durch eine zentrale Plasmageneratoranordnung, die an dem Stapel (20) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend eine HF-Plasma Entladung, die das Werkstück (31) innerhalb der Plasmakammer (1) behandelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, ferner umfassend das Einlassen von Gas in den Stapel (20) und gleichzeitiges und Entfernen des Gases von dem Stapel (20).
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend das Einlassen von Gas gemeinsam in die Plasmakammern (1) und/oder gemeinsames Entfernen von den Plasmakammern (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, ferner umfassend das Zuführen von Werkstücken (31) zu und/oder deren Abführen von der Transporteinrichtung (25) über eine Schleusenanordnung (30).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, ferner umfassend den Schritt des Transportierens einer ersten Anzahl von Substraten und den Schritt des gleichzeitigen Behandelns einer zweiten Anzahl von Substraten, wobei die zweite Anzahl ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Anzahl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, ferner umfassend das Transportieren der Werkstücke in vertikaler Richtung, um die Werkstücke den Bedienungsöffnungen zu oder von diesen weg zu führen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, ferner umfassend das Bereitstellen einer ersten Anzahl von Werkstücken (31) in einer Schleuse (30) und Aufnehmen einer zweiten Anzahl der Werkstücke (31) durch eine Transporteinrichtung, wobei die erste Anzahl ein ganzzahliges Vielfaches der zweiten Anzahl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, ferner umfassend das vertikale Transportieren der Werkstücke (31) im Raum vor der Übergabe an die Transporteinrichtung (25).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, bei welchem das Werkstück ein Substrat eines flachen, aktiven Bildschirms ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23, ferner umfassend das HF-Plasmaätzen.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Werkstück ein aktives Flachbildschirmsubstrat ist.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 8 bis 11, wobei die Plasmakammern (1) HF-Plasmakammern sind.