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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage mit wenigstens einem Prozessmodul zur Plasmabearbeitung von wenigstens einem flächigen Substrat mit wenigstens einer Plasmaquelle, einem Substrattransportsystem und einer Gaszuführung und Gasabsaugung.
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Durchlauf-Substratbearbeitungsanlagen sind beispielsweise aus der Patentschrift
EP 2 276 057 B1 bekannt. In dem bekannten Diffusionsofen werden Substrate mittels eines Substrattransportsystems in eine Prozesskammer hineingebracht und nach der Bearbeitung wieder herausgebracht. Als Substrattransportsystem kommt hierbei ein in der Fachsprache als Carrier bezeichneter Substratträger zum Einsatz, auf welchem die Substrate flächig aufliegen. Über den Substraten ist eine Gasdusche vorgesehen, an der ein Gaseinlass zum Einleiten von Prozessgasen in die Prozesskammer vorgesehen ist. Die Gasdusche erstreckt sich etwa topfförmig über den zu behandelnden Substraten.
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In derartigen Durchlauf-Substratbearbeitungsanlagen kann anstelle der einfachen Gasdusche auch eine Plasmaquelle vorgesehen sein. Eine beispielsweise hierfür anwendbare Plasmaquelle ist in der Druckschrift
EP 10401018 A1 beschrieben. Die bekannte Plasmaquelle weist ebenfalls eine sich topfförmig über den zu behandelnden Substraten erstreckende Gasdusche auf, welche darüber hinaus mit einer HF-Spannungsversorgung gekoppelt ist. Dabei wird innerhalb der topfförmigen Anordnung ein Plasma gezündet. Das heißt, es werden Ionen erzeugt, welche beschleunigt durch Gasdurchtrittsöffnungen der Plasmaquelle austreten und letztlich auf den zu behandelnden Substraten auftreffen, um dort beispielsweise eine Schichtabscheidung zu realisieren. Zudem ist bei der bekannten Plasmaquelle eine geeignete Gasabsaugung vorgesehen, mit welcher die verbrauchten Gase wieder aus der Prozesskammer abgesaugt werden können.
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Bei den bekannten Durchlauf-Substratbearbeitungsanlagen und Plasmabearbeitungsanlagen sind deren Elemente sämtlich in oder an einer Prozesskammer installiert und so aufeinander abgestimmt, dass sie geeignet miteinander wechselwirken. Bedingt durch das Durchlaufprinzip der bekannten Durchlauf-Substratbearbeitungsanlagen werden aufeinanderfolgend immer wieder Carrier mit darauf aufliegenden Substraten in das Innere der Prozesskammer hineingefahren und daraufhin wieder herausgefahren. Somit ist eine sehr effektive Bearbeitung von Substraten möglich.
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Durch die genaue Anpassung des Substrattransportsystems, der Gaszuführung und der Gasabsaugung sowie der Gasdusche bzw. der Plasmaquelle in den bekannten Systemen aneinander, ist es nur bei hohem Aufwand möglich, irgendwelche technischen Modifikationen an den bekannten Substratbearbeitungsanlagen vorzunehmen. Wenn beispielsweise eine neue lineare Plasmaquelle anstelle einer bisherigen verwendet werden sollte, wäre dies nur mit beträchtlichem technischen Aufwand möglich, welcher fast mit einem Neubau der Anlage vergleichbar ist. Da zudem alle Vorgänge an der bekannten Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage, wie Substrattransport, Heizung, Plasmaerzeugung und Gaszu- und -abfuhr eng miteinander verbunden sind, lassen sich bei einer einmal hergestellten Substratbearbeitungsanlage kaum Änderungen an den Gasströmungsverhältnissen in der Anlage vornehmen. Erfolgt beispielsweise keine homogene Plasmabearbeitung in der Anlage, sind besonders aufwändige Korrekturmaßnahmen erforderlich.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage der oben genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die eine Änderung der Anlagenfunktion oder einen Ersatz funktionsbestimmender Bauteile der Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage ohne Änderung des Anlagen- bzw. Kammerdesigns ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage der oben genannten Gattung gelöst, bei welcher die wenigstens eine Plasmaquelle, das Substrattransportsystem und die Gaszuführung und Gasabsaugung unabhängig voneinander funktionsfähige, räumlich voneinander getrennte, aber miteinander funktionell verbundene Funktionsbausteine des Prozessmoduls sind.
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Damit baut die erfindungsgemäße Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage auf einem völlig anderen Ansatz als bisherige derartige Anlagen auf. So ist erfindungsgemäß das Prozessmodul selbst modulartig zusammengesetzt, sodass dessen Funktionsbausteine ohne Weiteres austauschbar, das heißt durch andersartige Funktionsbausteine ersetzbar, sind. Das Bausteinprinzip setzt dabei voraus, dass sowohl die Plasmaquelle, das Substrattransportsystem als auch die Gaszuführung und Gasabsaugung separat voneinander arbeitende und getrennt voneinander vorsehbare Funktionsbausteine sind, wobei beispielsweise eine Plasmaquelle nicht auf eine bestimmte Art von Plasmaquelle festgelegt ist, das Substrattransportsystem ebenfalls hinsichtlich der verwendeten Transportmechanismen nicht festgelegt ist und auch die Gaszuführung und Gasabsaugung auf unterschiedlichste Weise ausbildbar sind. Dennoch sind erfindungsgemäß die einzelnen Funktionsbausteine des Prozessmoduls so ausgebildet, dass sie mit den anderen Funktionsbausteinen des Prozessmoduls ohne Weiteres verknüpfbar sind. Es sind hierzu geeignete Schnittstellen zwischen den einzelnen Funktionsbausteinen vorgesehen, die deren Verbindung auf einfache Art und Weise ermöglichen.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage ist es erstmalig möglich, ohne Änderungen des Anlagen- bzw. Prozessmoduldesigns wichtige Anlagenbestandteile, wie beispielsweise die Plasmaquelle, gegen andere auszutauschen. Hierdurch ergibt sich eine enorme Variabilität des Gesamtsystems und der Verwendbarkeit der einzelnen Funktionsbausteine des Prozessmoduls, welche wiederum in anderen, ebenfalls modulartig aufgebauten Prozessmodulen wiederverwendbar sind.
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So können in einem Prozessmodul mit mehreren Plasmaquellen zum Beispiel lineare Mikrowellenplasmaquelle und lineare HF-Plasmaquelle nacheinander angeordnet sein und auch gegeneinander ausgetauscht werden. Jede einzelne Plasmaquelle im Prozessmodul kann dabei unabhängig von anderen Plasmaquellen und definiert bzw. optimiert gegenüber der Substratoberfläche angeordnet werden.
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Die Nacheinander-Anordnung auch unterschiedlicher Plasmaquellen kann zum Beispiel vorteilhaft für die Abscheidung von Gradienten- und/oder Mehrlagenschichten sein. So kann eine erste Plasmaquelle eine erste den Oberflächenbedingungen angepasste Funktionsschicht oder Oberflächenbearbeitung liefern, während weitere Plasmaquellen weitere Schichten mit gesonderten Funktionseigenschaften abscheiden. Die Auswahl der jeweiligen Plasmaquelle erfolgt dabei nach den technologischen Erfordernissen der Schichtfolge.
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Außerdem sind bei der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage Korrekturmaßnahmen an den einzelnen Funktionsbausteinen des Prozessmoduls leicht realisierbar. Zudem ergibt sich eine hohe Wartungsfreundlichkeit sowohl der einzelnen Prozessmodule als auch der gesamten Plasmabearbeitungsanlage.
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Bei der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage können zudem unterschiedliche Schnittstellen zwischen den einzelnen Funktionsbausteinen vorgesehen werden, sodass es beispielsweise möglich ist, die Gaszuführung und/oder die Gasabsaugung flexibel in Bezug zu der jeweilig verwendeten Plasmaquelle anzuordnen. Da sowohl die Gaszuführung als auch die Gasabsaugung separate, allein funktionsfähige Funktionsbausteine sind, ergibt sich hiermit zudem viel mehr Spielraum bei der Einstellung der Parameter von Gaszufuhr und Gasabfuhr. Im Ergebnis sind die Prozessbedingungen zur Plasmabearbeitung bei der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage viel besser einstellbar, sodass beispielsweise durch eine homogene Gaszufuhr und eine homogene Gasabfuhr der Prozessgase besonders homogene Schichten plasmagestützt abgeschieden werden können. Letzteres kann insbesondere bei der Abscheidung von Gradienten- und Mehrlagenschichten von Vorteil sein, bei welchen eine besonders hohe Schichthomogenität gefordert ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Prozessmodul einen Transportraum mit dem Substrattransportsystem, einen an den Transportraum angekoppelten Plasmaraum mit der wenigstens einen Plasmaquelle und einen mit der Gasabsaugung verbundenen und an den Plasmaraum angekoppelten Pumpraum auf, wobei die einzelnen Räume stapelartig geschichtet und räumlich voneinander getrennt vorgesehen sind, aber funktionell miteinander verbunden sind.
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Die stapelartige Anordnung der einzelnen Räume, wie Transportraum, Plasmaraum und Pumpraum, sind nicht auf eine Stapelrichtung festgelegt. Je nach der Substratbearbeitungsrichtung, die vorteilhaft zum Beispiel eine Substratbearbeitung „von oben“ oder „von unten“ sein kann, verläuft die Stapelrichtung hier vertikal mit der Schwerkraft oder entgegen der Schwerkraft. Aber auch eine Substratbearbeitung „von rechts“ oder „von links“ sind prinzipiell weitere Substratbearbeitungsrichtungen, wobei die Stapelrichtungen der einzelnen Räume in diesen Fällen horizontal bzw. in etwa mit einem Winkel von 90° zur Schwerkraft verlaufen. Allein das gewählte Substrattransportsystem, die Lage der Substrate und die Substratbearbeitungsrichtung entscheiden über die Stapelrichtung.
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Der Einfachheit halber wird in den folgenden Ausführungen von einer Substratbearbeitungsrichtung „von oben“ ausgegangen.
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Bei dieser Anordnung sind somit drei Funktionsbausteine, nämlich der Transportraum, der Plasmaraum und der Pumpraum, aneinander, beispielsweise übereinander, angeordnet. In dem Transportraum werden die Substrate zu einer Bearbeitungsstelle hin und von dieser wieder weg transportiert. In dem Plasmaraum wird Plasma zur Verfügung gestellt und dadurch die Plasmabearbeitung von den Substraten ermöglicht. Die Gasabsaugung erfolgt dann über den Pumpraum, der oberhalb des Plasmaraumes als separater Funktionsbaustein des Prozessmoduls vorgesehen ist. Dabei ist sowohl in dem Transportraum als auch in dem Plasmaraum das Vorsehen einer Heizung möglich.
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Darüber hinaus ist der Plasmaraum typischerweise mit einer Gaszuführung gekoppelt, welche ebenfalls unabhängig von der Plasmaquelle und/oder dem Substrattransportsystem funktionsfähig und damit auch austauschbar ist. Somit ist es möglich, auf einfache Weise beispielsweise die in dem Plasmaraum befindliche Plasmaquelle durch eine andere Plasmaquelle auszutauschen und/oder Reparaturen oder Wartungen an der bestehenden Plasmaquelle vorzunehmen, ohne irgendwelche Änderungen an dem Substrattransportsystem oder der Gasabsaugung oder der Gaszuführung vornehmen zu müssen.
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Dabei ist eine Anordnung des Pumpraumes oberhalb des Plasmaraumes besonders vorteilhaft, da hier die Gasabsaugung unabhängig von der Plasmaquelle vorgesehen werden kann.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in einer Variante der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage zwischen dem Plasmaraum und dem Pumpraum eine Trennwand mit voneinander beabstandeten, beidseitig der wenigstens einen Plasmaquelle vorgesehenen Pumpabsaugöffnungen vorgesehen ist, wobei der Pumpraum ein Pumppuffervolumen aufweist, welches sich über mehrere der Pumpabsaugöffnungen erstreckt und wobei der Pumpraum über wenigstens ein Pumpgitter mit der Gasabsaugung verbunden ist. Durch die Mehrzahl von Pumpabsaugöffnungen, die beidseitig der Plasmaquellen vorgesehen sind, kann das verbrauchte Gas aus dem Plasmaraum besonders effektiv in den Pumpraum abgeführt werden. Da der Pumpraum ein geeignet großes Pumppuffervolumen aufweist, kann das aus dem Plasmaraum in den Pumpraum austretende Gas darin zunächst gesammelt werden, bis es durch das Pumpgitter unter Wirkung der Pumpen der Gasabsaugung abgeführt wird.
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In einem günstigen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage ist der Pumpraum in seiner Erstreckungsrichtung über den Pumpabsaugöffnungen in zwei Pumpraumteile geteilt, wobei separat voneinander jeder der beiden Pumpraumteile jeweils über wenigstens ein Pumpgitter mit einem Absaugkanal der Gasabsaugung verbunden ist. Hierdurch kann das Gas beidseitig des Prozessmoduls durch die Gasabsaugung abgeführt werden. Die notwendige Pumpenleistung kann somit reduziert werden und dennoch eine effiziente Gasabsaugung gewährleistet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage ist in dem Pumpraum eine Strömungsleitanordnung für abgesaugtes Gas vorgesehen. Die Strömungsleitanordnung ist so ausgeführt, dass ein gezieltes und damit besonders effizientes Ableiten des verbrauchten Gases möglich ist.
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Beispielsweise weist die Strömungsleitanordnung mehrere vertikal in dem Pumpraum ausgerichtete, das heißt in einem Winkel zur Trennwand verlaufende, Leitwertblenden auf.
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Es ist ferner günstig, wenn die Strömungsleitanordnung mehrere parallel zur Trennwand zwischen dem Plasmaraum und dem Pumpraum vorgesehene horizontale Leitwertblenden mit dazwischen vorgesehenen Gasdurchgangsöffnungen aufweist.
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Vorzugsweise wird erfindungsgemäß die Trennebene zwischen dem Transportraum und dem Plasmaraum im Wesentlichen durch einen durch die Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage bewegbaren, flächig ausgebildeten Substratträger realisiert. Der Substratträger bzw. Carrier trägt, wie oben bereits geschildert, die zur Bearbeitung vorgesehenen Substrate beispielsweise innerhalb von in dem Substratträger vorgesehenen Trägernestern. Der Substratträger ist Bestandteil des erfindungsgemäß verwendeten Substrattransportsystems und bewegt hierdurch die Substrate beispielsweise unter einer Plasmaquelle entlang.
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Die Trennung zwischen Transportraum und Plasmaraum ist noch effektiver, wenn nicht nur der Substratträger selbst, sondern auch zwischen dem Substratträger und den Anlagenwänden vorgesehene Trenn- bzw. Abdeckbleche, welche sich zumindest teilweise in der gleichen Richtung wie die flächige Erstreckung des Substratträgers erstrecken, zum Trennen des Plasmaraumes vom Transportraum eingesetzt werden. Die Trenn- bzw. Abdeckbleche können beispielsweise an der Anlagenwand montiert sein. Beispielsweise können hierfür Abdeckbleche verwendet werden, die oberhalb von im Transportraum vorgesehenen Heizvorrichtungen vorgesehen sind. Hierdurch bewirken die Abdeckbleche nicht nur eine räumliche Trennung von Transport- und Plasmaraum, sondern auch eine Trennung der thermischen Verhältnisse im Transportraum einerseits und im Plasmaraum andererseits.
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Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich besonders für solche Fälle, in welchen die wenigstens eine Plasmaquelle wenigstens eine lineare Plasmaquelle ist. In derartigen Plasmaquellen ist die Plasmadichte optimierbar und somit eine besonders homogene Plasmabearbeitung von Substraten realisierbar.
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Bei der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage kann die Gasabsaugung beispielsweise deckel- oder bodenseitig an dem Prozessmodul vorgesehen sein.
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In anderen Varianten der Erfindung kann die Gasabsaugung allein oder zusätzlich zu einer deckel- oder bodenseitigen Gasabsaugung seitlich an dem Prozessmodul vorgesehen sein.
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Indem die Gaszuführung wenigstens einen mit dem Plasmaraum verbundenen Prozessgaszufuhrkanal und wenigstens einen mit dem Transportraum verbundenen Sperrgaszufuhrkanal aufweist, können bei einer Variante der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage die Plasmabearbeitungsbereiche durch die Gaszuführung definiert werden. Hierzu wird das eigentliche Prozessgas wie üblich in die Plasmabearbeitungszonen geleitet, wobei durch einen gezielten Einsatz einer zusätzlichen Sperrgasströmung beispielsweise seitlich nebeneinander liegende Durchlauf-Plasmabearbeitungsbereiche voneinander trennbar sind.
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Eine besonders effektive Trennung von nebeneinander vorgesehenen Prozesskammern und den darin stattfindenden Prozessen lässt sich in einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage dadurch erzielen, dass im Bereich des Plasmaraumes zwischen wenigstens zwei Prozesskammern ein sich quer zur Gasabsaugrichtung in dem Pumpraum erstreckender Tunnel vorgesehen ist. Der Tunnel kann dabei beispielsweise in Form eines sich quer zur Transportrichtung des Transportsystems erstreckender Quader sein. Der Quader ist vorzugsweise innen hohl ausgebildet, sodass der Tunnel mit möglichst wenig Materialeinsatz ausbildbar ist.
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Der Innenhohlraum des Tunnels kann evakuiert oder mit einem Gas gefüllt sein. Hierfür kann der Tunnel mit einer Gasabsaugung gekoppelt sein und/oder mit einem Sperrgaszufuhrkanal der Gaszuführung verbunden sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Aufbau, Funktion und Vorteile werden im Folgenden anhand von Figuren beispielhaft näher erläutert, wobei
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1 schematisch ein Prozessmodul einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage mit einer Plasmaquelle in einem Querschnitt zeigt;
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2 schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Prozessmoduls einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage mit mehreren nebeneinander angeordneten Plasmaquellen zeigt;
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3 schematisch einen Querschnitt einer weiteren Variante eines Prozessmoduls einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage mit mehreren nebeneinander angeordneten Plasmaquellen und einem zweigeteilten Pumpraum zeigt;
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4 schematisch einen Querschnitt durch das in 3 dargestellte Prozessmodul entlang der Linie A-A von 3 zeigt;
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5 schematisch eine Draufsicht auf das in den 3 und 4 dargestellte Prozessmodul zeigt;
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6 schematisch eine nächste mögliche Ausbildung eines Prozessmoduls einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage mit mehreren nebeneinander angeordneten Plasmaquellen in einem Querschnitt zeigt, wobei neben der Prozessgaszuführung auch eine Sperrgaszuführung vorgesehen ist;
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7 schematisch das Prozessmodul aus 6 in einer Draufsicht zeigt; und
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8 schematisch noch eine weitere mögliche Ausgestaltung eines Prozessmoduls einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage in einem Querschnitt zeigt, wobei zwischen zwei nebeneinander angeordneten Plasmaquellen ein die Plasmaquellen voneinander trennender Tunnel vorgesehen ist.
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1 zeigt schematisch in einem Querschnitt ein Prozessmodul 1 einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage.
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Das Prozessmodul 1 gliedert sich in einen Transportraum 4, einen oberhalb des Transportraumes 4 vorgesehenen, separaten, aber mit dem Transportraum 4 gekoppelten Plasmaraum 3 und einen oberhalb des Plasmaraumes 3 vorgesehenen, separaten, aber mit dem Plasmaraum 3 gekoppelten Pumpraum 2.
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Der Transportraum 4, der Plasmaraum 3 und der Pumpraum 2 sind modulare Funktionsbausteine des Prozessmoduls 1, die unabhängig voneinander funktionsfähig sind und so mit den jeweilig anderen Funktionsbausteinen des Prozessmoduls 1 verbunden sind, dass sie ohne Weiteres gegen andersartige Funktionsbausteine ausgetauscht oder um weitere Funktionsbausteine ergänzt werden können. Um die einzelnen Funktionsbausteine 4, 3, 2 miteinander koppeln zu können, sind geeignete Schnittstellen zwischen den Funktionsbausteinen vorgesehen. Ferner sind die Abmessungen der Funktionsbausteine 4, 3, 2 so gewählt, dass eine konstruktiv einfache Verbindbarkeit zwischen den Funktionsbausteinen hergestellt ist.
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Der Transportraum 4 weist ein Substrattransportsystem auf, mit welchem zu behandelnde Substrate 7 innerhalb der Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage zu unterschiedlichen Prozesskammern der Anlage transportiert werden können sowie in die Anlage hinein und aus der Anlage hinaus transportiert werden können. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel basiert das Substrattransportsystem auf der Verwendung von Trägertransportrollen 6, welche seitlich in das Prozessmodul 1 eingeführt sind. Die Trägertransportrollen 6 sind in dem dargestellten Beispiel sogenannte Stummelrollen, auf deren in die Anlage hineinragenden Enden ein Substratträger 5 durch die rotierende Bewegung der Trägertransportrollen 6 durch die Anlage befördert wird.
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Der Substratträger 5 ist in der Ausführungsform von 1 ein sogenannter Carrier, auf welchem eine Mehrzahl von Substraten 7 zur Substratbearbeitung aufliegt. Der Carrier kann, wie es in 1 schematisch dargestellt ist, in Form einer durchgehenden Platte ausgebildet sein. Der Carrier kann jedoch auch Trägernester aufweisen, in welchen die Substrate 7 gehalten werden. Die Trägernester können als durchgehende Öffnungen in dem Substratträger 5 vorgesehen sein, sodass eine Substratbearbeitung von beiden Seiten der Substrate 7 möglich ist.
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In dem Ausführungsbeispiel von 1 ist unterhalb des Substratträgers 5 eine sich längs des Substratträgers 5 erstreckende Heizvorrichtung 8 vorgesehen. Ferner sind auch seitlich des Substratträgers 5 Heizvorrichtungen 8A vorgesehen. Seitlich und oberhalb der dargestellten Heizvorrichtungen 8A befinden sich streifenartige Abdeckbleche 11, die teilweise den seitlichen Rand des Substratträgers 5 überdecken. Dadurch bildet der Substratträger 5 gemeinsam mit diesen Abdeckblechen 11 eine Trennebene gegenüber dem Plasmaraum 3 aus. Vorteilhaft ist, dass dadurch auch das Substrattransportsystem von möglichen Ablagerungen aus dem Plasmaraum 3 bzw. vor Substratbruchstücken geschützt wird.
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In dem Plasmaraum 3 befindet sich eine Plasmaquelle 13. Die Plasmaquelle 13 ist in der Ausführungsform von 1 eine lineare Plasmaquelle. Die Plasmaquelle 13 ist mit einer in 1 nicht dargestellten Gaszuführung gekoppelt. Ferner ist die Plasmaquelle 13 mit einer ebenfalls in 1 nicht dargestellten HF-Quelle gekoppelt. Die über die Gaszuführung der Plasmaquelle 13 zugeführten Prozessgase werden in der Plasmaquelle 13 ionisiert, zersetzt und aktiviert und vorzugsweise in Richtung der zu bearbeitenden Substrate 7, wie es durch die Pfeile X in 1 schematisch veranschaulicht ist, transportiert.
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Damit die im Plasma gebildeten Abbauprodukte der Prozessgase sowie auch Ladungsträger auf die Substrate 7 auftreffen können, ist zwischen dem Transportraum 4 und dem Plasmaraum 3 ein Gasdurchlass vorgesehen. Der Gasdurchlass kann ein offener Bereich sein, kann jedoch auch ein eine Mehrzahl von Gasdurchgangsöffnungen aufweisender Bereich sein.
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Zudem sind in dem Beispiel von 1 seitlich der Plasmaquelle 13 in dem Plasmaraum 3 Heizvorrichtungen 8B vorgesehen, um zum Beispiel mögliche Wärmeverluste des Substratträgers 5 und damit auch der Substrate 7 korrigieren zu können. Gemeinsam mit den Heizvorrichtungen 8 und 8A können damit eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung oder auch definierte Temperaturprofile am Substratträger 5 und den Substraten 7 eingestellt werden.
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Wie es durch die weiteren Pfeile in 1 schematisch angedeutet ist, wird das beim Plasmabearbeitungsprozess innerhalb des Plasmaraumes 3 anfallende Prozessabgas 17 in den oberhalb des Plasmaraumes 3 vorgesehenen Pumpraum 2 abgepumpt. Der Pumpraum 2 ist hierfür mit der Gasabsaugung 9 gekoppelt, die ein entsprechendes Abpumpsystem aufweist.
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Um die Prozessabgase 17 aus dem Plasmaraum 3 in den Pumpraum 2 abführen zu können, sind zwischen dem Plasmaraum 3 und dem Pumpraum 2 vorzugsweise mehrere, durch eine Trennwand 18 zwischen dem Plasmaraum 3 und dem Pumpraum 2 durchgeführte, in 1 nicht separat dargestellte Gasabsaugkanäle bzw. Gasdurchgangsöffnungen vorgesehen.
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Der Pumpraum 2 stellt ein Pumppuffervolumen 20 zur Verfügung, in welchem das abgesaugte Prozessabgas 17 zunächst gesammelt und dann über Absaugkanäle der Gasabsaugung 9 abgeführt werden kann. Um das Prozessabgas 17 entsprechend leiten zu können, ist innerhalb des Pumpraumes 2 eine Strömungsleitanordnung 10 für das abgesaugte Prozessabgas 17 vorgesehen.
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2 zeigt schematisch eine weitere Variante eines bei der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage einsetzbaren Prozessmoduls 1A im Querschnitt. Im Gegensatz zu 1, bei welcher die Substrattransportrichtung des Substrattransportsystems in die Bildebene hinein ausgerichtet ist, ist in 2 die Substrattransportrichtung des Substrattransportsystems in der gezeigten Darstellung von rechts nach links gemäß dem mit Z gekennzeichneten Pfeil vorgesehen.
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Das Prozessmodul 1A weist in dem Ausführungsbeispiel von 2 drei nebeneinander vorgesehene Plasmaquellen 13, 13A, 13B auf. Die Plasmaquellen 13, 13A, 13B sind hier wie in 1 lineare Plasmaquellen.
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Auch das Prozessmodul 1A setzt sich im Wesentlichen aus drei Funktionsbausteinen, nämlich dem Transportraum 4, dem Plasmaraum 3 und dem Pumpraum 2, zusammen. Dabei sind die wesentlichen Merkmale dieser Funktionsbausteine 4, 3, 2 gleich denen von 1, sodass an dieser Stelle auf die obigen Ausführungen zu diesen Funktionsbausteinen verwiesen wird.
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Wie in dem Beispiel von 1 weist auch das Prozessmodul 1A in dem Transportraum 4 einen dadurch hindurchgeführten Substratträger 5 mit darauf aufliegenden Substraten 7 auf, welche zur Plasmabehandlung unter den Plasmaquellen 13, 13A, 13B hindurchbewegt werden. Die Bewegung des Substratträgers 7 kann dabei kontinuierlich oder auch diskontinuierlich sein.
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Der Plasmabearbeitungsraum, in welchem die Plasmaquellen 13A, 13B vorgesehen sind und in welchen das Prozessgas bzw. aus welchem die Prozessabgase geführt werden, ist seitlich der Plasmaquellen 13 und 13B mittels vertikal ausgerichteter Trennplatten 29 realisiert. Die Trennplatten 29 können beispielsweise an der zwischen dem Plasmaraum 3 und dem Pumpraum 2 vorgesehenen Trennwand 18 montiert sein und sind so lang, dass sie kurz oberhalb des Substratträgers 5 mit den darauf aufliegenden Substraten 7 enden, sodass der Substratträger 5 mit den Substraten 7 ungehindert unter den Plasmaquellen 13, 13A, 13B und den Trennplatten 29 bewegt werden kann.
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Ferner ist unter dem Substratträger 7 eine Heizvorrichtung 8 vorgesehen, mit welcher der Transportraum 4 entlang der gesamten Erstreckungsrichtung des Prozessmoduls 1A beheizt werden kann. Hierfür ist die Heizvorrichtung 8 an entsprechende elektrische Anschlüsse angeschlossen, welche gegen die Anlagenwand geerdet sind. Bodenseitig ist an dem Transportraum 4 in dem Beispiel von 2 ein Pumpanschluss 9A vorgesehen. Zudem sind in der Substrattransportrichtung Z in den Anlagenwänden des Prozessmoduls 1A eine Substratträgereinfuhröffnung und eine Substratträgerausführöffnung für den Ein- und Weitertransport des Substratträgers 5 vorgesehen.
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Oberhalb des Transportraumes 4 befindet sich der Plasmaraum 3, in welchem die Plasmaquellen 13, 13A, 13B vorgesehen sind. Die Plasmaquellen 13, 13A, 13B sind jeweils mit HF-Quellen 14 verbunden. Ferner ist jede der Plasmaquellen 13, 13A, 13B mit einer Gaszuführung 12 gekoppelt. Durch die Plasmaquellen 13, 13A, 13B wird jeweils ein Plasma ausgebildet, mit Hilfe dessen eine Plasmabearbeitung der unter den Plasmaquellen 13, 13A, 13B durchgeführten Substrate 7 ermöglicht wird.
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Während der Plasmabearbeitung wird das abgesaugte Prozessabgas 17 entsprechend der schematisch dargestellten Pfeile zwischen den Plasmaquellen 13, 13A, 13B und den Substraten 7 zunächst entlanggeführt und dann seitlich der Plasmaquellen 13, 13A, 13B nach oben in den Pumpraum 2 abgeführt. Hierfür weist die zwischen dem Plasmaraum 3 und dem Pumpraum 2 vorgesehene Trennwand 18 seitlich der Plasmaquellen 13, 13A, 13B vorgesehene Durchgangsöffnungen 19 auf, durch welche das Prozessabgas 17 aus dem Plasmaraum 3 in den Pumpraum 2 austreten kann.
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Die Trennwand 18 kann auch gemeinsam mit dem den Pumpraum 2 abschließenden Kammerdeckel 30 eine kompakte Einheit bilden. Für eine einfachere Wartung ist es vorteilhaft, wenn hierbei auch einige Komponenten des Plasmaraumes 3 und des Pumpraumes 2 mit angebracht sind.
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Wie auch das Prozessmodul 1 aus 1 weist der Pumpraum 2 des Prozessmoduls 1A aus 2 seitlich vorgesehene Gasabsaugungen 9 auf, sodass das abgesaugte Prozessabgas 17 mittels dieser Gasabsaugungen 9 geeignet abgesaugt werden kann.
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In der Ausführungsform von 2 ist der Pumpraum 2 zweigeteilt, sodass die abgesaugten Prozessabgase 17 an beiden Seiten des Prozessmoduls 1A abgesaugt werden können. Entsprechend kann die Gasabsaugung auch mit geringeren Pumpenleistungen vorteilhaft realisiert werden. Die Zweiteilung des Pumpraumes 2 erfolgt durch eine senkrechte Trennwand 24 innerhalb des Pumpraumes 2.
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Zudem sind vor den Absaugkanälen der Gasabsaugung 9 innerhalb des Pumpraumes 2 Pumpgitter 21 vorgesehen, durch welche das abgesaugte Prozessabgas 17 hindurchgeführt wird.
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3 zeigt schematisch eine weitere mögliche Ausbildung eines Prozessmoduls 1B zur Anwendung in der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage in einem Querschnitt, bei welchem wie in 2 die Substrattransportrichtung Z des Substrattransportsystems von rechts nach links verläuft.
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Auch das Prozessmodul 1B weist wie die Ausführungsformen in 1 und 2 mehrere Funktionsbausteine, nämlich den Transportraum 4, den Plasmaraum 3 und den Pumpraum 2, auf, welche separat voneinander funktionsfähige, aber funktionell miteinander verbundene Funktionsbausteine des Prozessmoduls 1B sind. Die Funktionsbausteine 4, 3, 2 sind bausteinartig zusammengesetzt und können demzufolge auch wieder bausteinartig auseinandergebaut werden, sodass es ohne Weiteres möglich ist, einzelne Funktionsbausteine durch andere zu ersetzen oder zumindest zeitweise zu entfernen, um diese geeignet warten oder instandhalten zu können.
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Der Transportraum 4 weist in der Ausführungsform von 3 wiederum einen durch das Prozessmodul 1B hindurchgeführten Substratträger 5 mit darauf aufliegenden Substraten 7 sowie eine geeignete Heizvorrichtung 8 auf.
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Oberhalb des Transportraumes 4 befindet sich der Plasmaraum 3 mit drei beispielhaft gezeigten darin vorgesehenen Plasmaquellen 13, 13A, 13B.
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Jeweils seitlich neben den Plasmaquellen 13, 13A, 13B sind zwischen dem Plasmaraum 3 und dem darüber vorgesehenen Pumpraum 2 Durchgangsöffnungen 19 vorgesehen, durch welche das verbrauchte Prozessabgas 17 in den Pumpraum 2 austreten kann.
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Wie auch in dem Beispiel von 2 ist der Pumpraum 2 durch eine vertikale Trennwand 24 mittig zweigeteilt.
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Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 2 befindet sich in der Ausführungsform von 3 der Pumpanschluss 9B der Gasabsaugung auf Höhe des Plasmaraumes 3 und ist dabei über geeignete Gasaustrittsöffnungen 25 mit dem Pumpraum 2 verbunden. Damit ist in dem Ausführungsbeispiel von 3 die Gasabsaugung seitlich des Prozessmoduls 1B vorgesehen.
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4 zeigt schematisch die Ausführungsform des Prozessmoduls 1B von 3 entlang der Schnittlinie A-A von 3, das heißt in einem Schnitt durch den Transportraum 4, den Pumpanschluss 9B und den Pumpraum 2. Somit ist in der in 4 dargestellten Ansicht die Substrattransportrichtung Z des Substratträgers 5 in die Bildebene von 4 hineingerichtet.
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In 4 ist eine in dem Pumpraum 2 vorgesehene Strömungsleitanordnung 10 zu sehen. Die Strömungsleitanordnung 10 dient dazu, das abgesaugte Gas 17 geeignet in Richtung der Gasabsaugung 9B zu leiten. Hierfür weist die Strömungsleitanordnung 10 sowohl vertikale Leitwertblenden 15 als auch horizontale Leitwertblenden 16 auf, welche etwa kreuzförmig zueinander ausgerichtet sind, wobei zwischen den horizontalen Leitwertblenden Gasdurchgangsöffnungen 22 vorgesehen sind, damit sich das abgesaugte Prozessabgas 17 geeignet in dem Pumppuffervolumen 20 des Pumpraumes 2 verteilen kann.
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5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsform des Prozessmoduls 1B. So sieht man in 5 deutlich den Aufbau der Strömungsleitanordnung 10 innerhalb des Pumpraumes 2. Durch die vertikalen Leitwertblenden 15 werden dem abgesaugten Gas 17 Strömungsrichtungen innerhalb des Pumpraumes 2 vorgegeben. Außerdem sieht man in 5 anschaulich die Zweiteilung des Pumpraumes 2 durch die mittig vorgesehene vertikale Trennwand 24. Schließlich sind auch in 5 die zwischen den Anschlüssen für die Plasmaquellen 13, 13A, 13B vorgesehenen Pumpabsaugöffnungen 19 zu sehen.
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Seitlich des Prozessmoduls 1B, das heißt in 5 oben und unten, sind die Gasaustrittsöffnungen 25 ausgebildet, welche einen Austritt des abgesaugten Gases 17 aus dem Pumpraum 2 in die in einer Ebene darunter vorgesehene Gasabsaugung 9B ermöglichen, welche wiederum seitlich von dem Prozessmodul 1B weggeführt ist.
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Letztlich ist in 5 auch die Relation zwischen den Pumpraum 2 und dem zwei Ebenen darunter durch den Transportraum 4 geführten Substratträger 5 mit den darauf aufliegenden Substraten 7 zu sehen, welche entlang der Substrattransportrichtung Z durch das Prozessmodul 1B hindurchgeführt werden.
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6 zeigt schematisch noch eine weitere Variante eines Prozessmoduls 1C, welches bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage zum Einsatz kommen kann. Das Prozessmodul 1C ist in einem Querschnitt dargestellt, wobei die Substrattransportrichtung Z in der gezeigten Darstellung von rechts nach links verläuft.
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Wie auch die vorhergehenden Ausführungsformen von Prozessmodulen weist das Prozessmodul 1C eine Dreiteilung in einen Transportraum 4, einen Plasmaraum 3 und einen Pumpraum 2 auf. Die einzelnen Räume 4, 3, 2 sind übereinander angeordnet und separat arbeitende Funktionsbausteine des Prozessmoduls 1C, die funktionell miteinander verbunden sind.
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Der Transportraum 4 beinhaltet im Wesentlichen einen durch den Transportraum 4 bewegbaren Substratträger 5, auf welchem Substrate 7 zur Plasmabearbeitung durch das Prozessmodul 1C hindurchbewegt werden, sowie das zugehörige Substrattransportsystem. Der Substratträger 5 wird hierfür über eine Substratträgereinfuhröffnung 26 in den Transportraum 4 hinein bewegt und über eine Substratträgerausführöffnung 27 wieder aus dem Transportraum 4 heraus bewegt.
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In der Ausführungsform von 6 findet sich bodenseitig an dem Transportraum 4 eine Gasabsaugung 9A.
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Ferner ist unter dem Substratträger 5 eine Heizvorrichtung 8 vorgesehen. Oberhalb des Substratträgers 5 befindet sich der Plasmaraum 3 mit mehreren darin vorgesehenen Plasmaquellen 13C. Die Plasmaquellen 13C sind in dem Ausführungsbeispiel von 6 lineare Plasmaquellen, welche sich quer zu der Transportrichtung Z in die Bildebene hinein erstrecken.
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Die Plasmaquellen 13C sind jeweils mit HF-Quellen 14 verbunden. Ferner werden die Plasmaquellen 13C über Gaszuführungen 12 mit Prozessgas versorgt.
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Eine Besonderheit der Ausführungsform von 6 besteht im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsformen darin, dass zusätzlich zu der Prozessgaszuführung 12 Sperrgaszufuhrkanäle 12A seitlich der jeweiligen Plasmaquellen 13C vorgesehen sind. Über die Sperrgaszufuhrkanäle 12A wird Sperrgas in Richtung der Plasmaquellen 13C eingeleitet, wobei das Sperrgas daraufhin gemeinsam mit dem verbrauchten Prozessgas über Absaugkanäle und Pumpabsaugöffnungen 19 aus dem Plasmaraum 3 in den Pumpraum 2, der oberhalb des Plasmaraumes 3 vorgesehen ist, abgeführt wird.
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In der Ausgestaltung von 6 ist bei dem Prozessmodul 1C nur an einer Seite eine Gasabsaugung 9B vorgesehen, die zum Absaugen des in dem Pumpraum 2 gesammelten Prozess- und Sperrgases dient. Die Gasabsaugung 9B ist hierfür über eine Gasaustrittsöffnung 25 mit dem Pumpraum 2 verknüpft.
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7 zeigt schematisch das Prozessmodul 1C aus 6 in einer Draufsicht auf den Pumpraum 2 und teilweise auf den zwei Ebenen unter dem Pumpraum 2 befindlichen Substratträger 5 mit den darauf aufliegenden Substraten 7. Die Substrattransportrichtung des Substratträgers 5 ist hierbei durch den Pfeil Z gekennzeichnet.
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In dem Pumpraum 2 ist das aus dem Plasmaraum 3 abgesaugte Prozessabgas mit den Pfeilen 17 gekennzeichnet. Innerhalb des Pumpraumes 2 sind vertikale und horizontale Leitwertblenden vorgesehen, durch welche das abgesaugte Prozessabgas 17 in Richtung der Gasabsaugung 9B geführt wird. Zwischen den Anschlüssen für die Plasmaquellen 13C sind die Pumpabsaugöffnungen 19 erkennbar, durch welche das abgesaugte Prozessabgas 17 aus dem Plasmaraum 3 in den Pumpraum 2 austritt. Das abgesaugte Prozessabgas 17 wird dann in Richtung der Gasaustrittsöffnung 25 geleitet, welche mit der in einer Ebene darunter vorgesehenen, seitlich an dem Prozessmodul 1C ausgebildeten Gasabsaugung 9B verbunden ist.
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8 zeigt schematisch noch eine weitere mögliche Ausgestaltung eines Prozessmoduls 1D einer erfindungsgemäßen Durchlauf-Plasmabearbeitungsanlage in einem Querschnitt durch zwei nebeneinander angeordnete Plasmaquellen 13C, 13D.
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In der Ausführungsform von 8 befindet sich zwischen den Plasmaquellen 13C, 13D ein die Plasmaquellen 13C, 13D voneinander trennender Tunnel 23. Der Tunnel 23 erstreckt sich in dem Plasmaraum 3 quer zu der Gasabsaugrichtung des Prozessabgases 17 in dem Pumpraum 2. Der Tunnel 23 ist in dem Beispiel von 8 ein sich quer zur Transportrichtung Z des Substratträgers 5 erstreckender Quader. Der Quader ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel innen hohl ausgebildet, sodass der Tunnel 23 mit relativ geringem Materialeinsatz ausgebildet werden kann.
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Außerdem ist in dem Ausführungsbeispiel von 8 der Tunnel 23 über wenigstens eine Durchgangsöffnung 31 mit dem Pumppuffervolumen 20 des Pumpraumes 2 verbunden. In anderen, nicht gezeigten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Tunnel 23 auch mit einem Sperrgaszufuhrkanal der Gaszuführung verbunden oder auch evakuiert sein.
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Der Tunnel 23 ermöglicht eine effektive Trennung der mittels der Plasmaquellen 13C, 13D ausgeführten Prozesse, obwohl beide Plasmaquellen 13C, 13D mit dem gleichen Gasabsaugungssystem verbunden sind. Der Tunnel 23 erstreckt sich hierbei vertikal bis kurz über die Oberfläche der durch den Substratträger 5 transportierten Substrate 7. Entsprechend sind durch den Tunnel 23 auch die Sperrgaszufuhrkanäle 12A, 12C, die zu den beiden Plasmaquellen 13C, 13D führen, vorteilhaft voneinander entkoppelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2276057 B1 [0002]
- EP 10401018 A1 [0003]
