DD225451A1 - Positioniergetriebe fuer winkelaetzen von substraten, insbesondere von halbleiterscheiben - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist es, das Schwenken des die Substrate haltenden Substrattellers eines Substrathalters in einfacher Weise derart zu bewirken, dass dies ohne manuelle Eingriffe bei den verschiedensten Bearbeitungsprozessen, wie Aetzen, Reinigen, Beschichten, vollautomatisch erfolgt, wobei das Verhaeltnis Substratdurchmesser zu Ionenstrahldurchmesser minimiert ist. Erfindungsgemaess ist am nichtaetzwinkelverstellbaren Teil des Substrathalters ein schwenkbarer Substratteller angebracht und rechtwinklig zur Schwenkachse des Substrattellers eine Platte mit einer Kurvenbahn angeordnet. Mit der Schwenkachse ist ein Uebertragungselement verbunden, das mit einem weiteren Uebertragungselement in getrieblicher Verbindung steht, welches in einem Abstand zu seiner Schwenkachse ein Element besitzt, das in die Kurvenbahn eingreift. Die Kurvenbahn ist derart gestaltet, dass der Substratteller beim Bewegen des Substrathalters im Bereich der Aetzposition in einem Winkel von 0 bis 90 zur Ionenstrahlachse geschwenkt wird, wobei der Mittelpunkt der Substratoberflaeche staendig seine Lage im Ionenstrahl beibehaelt. Fig. 1

Description

Positioniergetrieoe für Winkelätzen von Substraten, insbesondere in Trockenätzanlagen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Positioniergetriebe für Winkelätzen von Substraten, insbesondere in Trockenätzanlagen. Die Substrate können Halbleiterscheiben darstellen. Sie werden in den Trockenätzanlagen, insbesondere in Ionenstrahl ätzanlagen entsprechend strukturiert, wobei der Ätzprozeß in einer Vakuumkammer abläuft. Die Substratoberfläche kann auch ohne unterbrechung des Vakuums gereinigt und beschichtet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Da3 ',Vinkelätzen von Substratscheiben ist bekannt. Mit dieser Technologie wird ein bestimmter Böschungswinkel an den geätzten Leiterzügen realisiert, der die Strukturierung der Substratscheiben sehr vorteilhaft beeinflußt. Auch kann damit die Atzgeschwindigkeit und die Atzwirkung beeinflußt werden. Der Atzwinkel kann zwischen 0° und 90 zur Ionenquellenachse liegen. Hierbei ist es wünschenswert, daß der Mittelpunkt der zu bearbeitenden Substratoberfläche in jeder Winkelstellung seine Lage im Ionenstrahl beibehält, da eine gewisse Inhomogenität des Ionenstrahl vorhanden ist, die sich zum Rand des Ionenstrahls hin besonders nachteilig

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Ändert der Mittelpunkt der Substratoberfläche beim Schwenken seine Lage, ist zur Vermeidung dieser Nachteile eine größere Ionenquelle erforderlich. Die Substrat scheiben werden zur Bearbeitung in der Vakuumkammer auf einem in einem Substrathalter integrierten Substratteller gehaltert. Der Substratteller dreht sich beim Bearbeitungsprozeß um seine Mittelachse mit ca. 1 bis 15 min . Ein solcher Substrathalter mit Substratteiler ist im Katalog 1981 der Firma Veeco Industrial Equipment Division dargestellt. Der Substrathalter besteht aus am Deckel der Vakuumkammer befestigten Traversen und einem komplizierten und aufwendigen Mechanismus einschließlich Kegelradgetriebe zum Schwenken des Substrattellers. Zur Zuführung der Bewegungsenergie in die Vakuumkammer ist eine gesonderte vakuumdichte Durchführung erforderlich.

Der Schwenkmechanismus ist zwar derart gestaltet, daß beim Schwenken des Substrattellers der Mittelpunkt der Oberfläche des zu bearbeitenden Substrates bei den verschiedensten Atzwinkelst ellungen ständig seine Lage im Ionenstrahl beibehält, jedoch kann die Ätzwinkelverstellung nur manuell erfolgen, so daß der Schwenkmechanismus nicht für vollautomatisch ablaufende Bearbeitungsprozesse und -anlagen geeignet ist, bei denen verschiedene Ätzwinkel realisiert werden 3ollen und außer Atzen noch weitere Bearbeitungsschritte, z. B. Sekundärionenbeschichtung, ohne Vakuumunterbrechung erfolgen sollen.

Bei Ionenstrahlätzanlagen gemäß Prospekten der Fa₀ Technics ("MIM MICRO ION BILLING-Ionenstrahl-Ätzanlagen", "MICRO ION IfIILL-MIM/TLA 5.5-II", "MLM-TLA 12.5", "MICRO ION MILL-MIM/TLA 15") ist der Substrathalter mit drehbarem Substratteller in relativ einfacher Weise aufgebaut. Bei einem Teil dieser Anlagen (MIM/TLA 5.5) wird der gesamte Substrathalter mit dem Substratteller zur Erzielung vercchiedener Atzwinkel geschwenkt, wobei die Schwenkachse

beträchtlich von der Substratoberfläche entfernt ist. Damit sind nur geringe Ätzwinkel erzielbar, falls die Ionenstrahlquelle nicht überdimensioniert ist, d.h. einen Ionenstrahl mit größerem Durchmesser erzeugt, als zur Bearbeitung des Substrates erforderlich ist. Bei den anderen Anlagen ist die Schwenkachse auch von der Substratoberfläche ein gewisses Maß entfernt. Dadurch wandert der Mittelpunkt der Substratoberfläche aus der Mittelachse des Ionenstrahles bei den verschiedensten Atzwinkelstellungen, so daß sich die Inhomogenität des Ionenstrahles, insbesondere in seinen Randzonen, negativ bei der Prozeßdurchführung auswirkt oder aber der Ionenstrahl hat ebenfalls einen größeren Durchmesser als zur Bearbeitung des Substrates erforderlich. Diesen Anlagen ist gemeinsam, daß die Atzwinkelverstellung des Substrathalters bzw. des Substrattellers nur manuell möglich ist. Diese Schwenkmechanismen für den Substrathalter bzw. -teller eignen sich somit ebenfalls nicht für vollautomatisch ablaufende Bearbeitungsprozesse und -anlagen, bei denen verschiedene Ätzwinkel realisiert werden sollen und außer Atzen noch weitere Bearbeitungsschritte ohne Vakuumunterbrechung erfolgen sollen.

Ein Zahlenbeispiel der Abweichung des Substratmittelpunktes aus der Mittellinie des Ionenstrahles, wenn der Schwenkpunkt des Substrattellers bzw. des Substrathalters ein gewisses Maß von der Substratoberfläche entfernt ist, ist in EP A 1 42 053 bei einem Verfahren und einer Apparatur zur Reinigung von Targetoberflächen durch Ionenabtragung dargestellt. Hierbei beträgt der Abstand zwischen Ionenstrahlquelle und Schwenkpunkt des Substrattellers in der Mittellinie des Ionenstrahls 388,9 mm. Der Schwenkpunkt ist von der Mittellinie des Substrattellers 37,4 mm entfernt. 3ei einem Ätzwinkel von 30° beträgt die Abweichung von der Mittellinie des lonenstrahles bereits 17,2 nun«

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Bei einem Ätzwinkel von 60° würde sich demnach eine Abweichung von 32,2 mm ergeben, d.h. der Ionenstrahl müßte bei diesem Beispiel bei einem Ätzwinkel von 30 einen 34,4 mm und bei einem Ätzwinkel von 60 einen 64,6 mm größeren Durchmesser aufweisen als wenn der Mittelpunkt der Substratoberfläche in der Mittellinie des Ionenstrahles verbliebe.

Es wurde auch bereits ein Substrathalter mit integriertem Substratteller für eine vollautomatische Ionenstrahlätzanlage vorgeschlagen, mit der außer Atzen auch noch andere Verfahrensschritte, wie z. B. Reinigen und Sekundärionenbeschichten, ohne Unterbrechung des Vakuums erfolgen können, Dabei führt der Substrathalter in der Vakuumkammer, die mit einer Schleuse zur automatischen Ein- und Ausgabe der Substrate ausgerüstet ist, eine lineare Bewegung von der Schleuse weg und zurück aus und wird dabei nacheinander in Positionen für Ionenstrahlätzen und für Sekundärionenbeschichtung gebracht. Der Substratteller mit dem Substrat wird dabei um einen Punkt geschwenkt, der ein gewisses Maß von der Substratoberfläche entfernt ist. Das Schwenken kann mit den bekannten Mitteln erfolgen« Dieser Substrathalter ist zwar für vollautomatisch ablaufende Bearbeitungsprozesse und -anlagen geeignet, jedoch treten die oben beschriebenen Nachteile hinsichtlich des Abwand eras des Mittelpunktes der Substratoberfläche aus der Mittellinie des lonenstrahles auf.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, das Schwenken des die Substrate haltenden Substrattellers eines Substrathalters von Trockenätzanlagen in einfacher V/eise derart zu bewirken, daß dies ohne manuelle Eingriffe und ohne Vakuumunterbrechung bei den verschiedensten Bearbeitungsprozessen, wie zum Beispiel Ätzen, Reinigen, Beschichten, vollautomatisch erfolgt, wobei 'das Verhältnis Substratdurchmesser

zu Ionenstrahldurchmesser minimiert ist, ohne daß die Inhomogenität des Ionenstrahles, insbesondere seiner Randzone, sich negativ bei der Prozeßdurchführung auswirkt.

Wesen der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, für das Winkelätzen von Substraten ein Positioniergetriebe zu schaffen, das einfach im Aufbau ist, keine zusätzlichen vakuumdichten Durchführungen durch die Val^umkammerwand benötigt und das den Substratteller bei der Bewegung des Substrathalters zur Einnahme der Atzposition automatisch einstellt, wobei der Mittelpunkt der Substratoberfläche bei allen Ätzwinkeln immer in der Längsachse des Ionenstrahls bleibt.

Die erfinderische Lösung der Aufgabe geht aus von einem Positioniergetriebe für das Winkelätzen von Substraten, das in einer Vakuumkammer einer Trockenätzanlage angeordnet und mit einem die Substrate haltenden Substratteller verbunden ist und den in einem Substrathalter integrierten Substratteller in eine Atzposition von 0° bis 90° bewegt, wobei der Substrathalter weitere Schleusungs- und Bearbeitungspositionen in linearer Bewegungsrichtung nacheinander einnimmt und sie besteht darin, daß am nichtätzwinkelverstellbaren Teil des Substrathalters in einer Schwenkachse der schwenkbare Substratteller angebracht ist, daß rechtwinklig zur Schwenkachse des Substrattellers eine Platte angeordnet ist, die eine Kurvenbahn enthält, daß mit der Schwenkachse ein Element zur "übertragung einer Schwenkbewegung fest verbunden ist, das mit einem weiteren, am nichtätzwinkelverstellbaren Teil des Substrathalters schwenkbar angeordneten LTdertragungselement in getrieblicher Verbindung steht, welches in einem Abstand zu seiner Schwenkachse ein Element besitzt, das in die Kurvenbahn der Platte eingreift sowie daß die Kurvenbahn derart ge-

staltet ist, daß der Substratteller beim Bewegen des Substrathalters im Bereich der Ätzposition in einem Winkel von 0 bis 90 zur Ionenquellenach.se geschwenkt wird, wobei der Mittelpunkt der Substratoberfläche in den verschiedensten Ätzstellungen ständig seine Lage im Ionenstrahl beibehält.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist das Übersetzungsverhältnis Substrat teller schwenkwinkel zu ÜbertragungselenentSchwenkwinkel größer als 1, Die übertragungselemente können Zahnräder oder -Segmente sein, aber auch'andere !«iaschinenei einen te sind zur Übertragung der Schwenkbewegung anwendbar.

Mit dem erfindungsgemäßen Positioniergetriebe ist die lineare Bewegung des Substrathalters, die er zwischen den Schleusungs- und Bearbeitungspositionen ausführt, zugleich die Antriebsenergie für das Schwenken des Substrattellers. Dadurch ergibt sich ein einfacher Aufbau des Positioniergetriebes und es sind für die Einführung der Antriebsenergie in die Vakuumkammer keine gesonderte vakuumdichte Durchführungen erforderlich. Durch entsprechende Gestaltung der Kurve in der Platte wird erreicht, daß der Mittelpunkt der Substratoberfläche bei allen Ätzwinkeln zwischen 0° und 90° zur Ionenquellenachse ständig seine Lage im Ionenstrahl beibehält. Im allgemeinen wird bei der Atzung von Substrat scheiben, zum Beispiel Halbleiterscheiben für die Mikroelektronik, der Mittelpunkt der Scheibenoberfläche in der Längsachse des lonenstrahles liegen, so daß das Verhältnis Substrat Scheibendurchmesser zu Ionenstrah1durchmesser unter Berücksichtigung der Inhomogenität des Ionenstrahls in seiner Randzone minimiert v/erden kann. Es ist jedoch denkbar, daß bei anderen Substraten der Mittelpunkt der Substratoberfläche nicht in der Längsachse des Ionen-Strahles liegt. Wichtig ist immer, daß er bei allen Atz-

winkeln seine Lage im Ionenstrahl beibehält. Der gewünschte Ätzwinkel der Substratoberfläche zum Ionenstrahl wird automatisch bei der linearen Bewegung des Substrathalters im Bereich der Atzposition, die sowohl diejenige für die Strukturierung'der Substratoberfläche als auch für ihre Reinigung vor einer Beschichtung sein kann, automatisch durch entsprechende Positionierung des Substrathalters eingestellt. Auch die anderen Schleusungs- und Bearbeitungspositionen des Substrates, z. B. für Se-

TO kundärionenbeschichtung, können durch entsprechende Gestaltung der Kurve des Positioniergetriebes automatisch eingestellt werden, so daß der gesamte Bearbeitungsprozeß und die -anlage vollautomatisch ohne manuelle Eingriffe und ohne Zwischenbelüftung der Vakuumkammer arbeiten 5 kann.

Au3iührungabeispiel

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise erläutert.

zeigen:

Pig. 1: 3chematisch eine perspektivische Ansicht des

Positioniergetriebes

Pig. 2: die verschiedensten Positionen des Substrates in der Vakuumkammer.

Der sich in der Vakuumkammer einer Ionenstrahlätzanlage befindliche Substrathalter besteht aus einem nichtätzwinkelverstellbarem Teil 10 und einem drehbaren Substratteller 11, wobei der Drehmechanismus nicht dargestellt X3t, Der Substrathalter führt zur Erreichung von Schleusungs- und Bearbeitungspositionen eine lineare Bewegung aus. Der Substratteller 11 ist am nichtätzwinkelverstellbaren Teil 10 des Substrathalters in einer Schwenkachse 12 angebracht« Rechtwinklig zur Schwenkachse 12 befindet sich eine Platte 13 mit einer Kurvenbahn 14. Mit der Schwenkachse 12 ist ein Zahnrad 15 verbunden, das mit

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einem am nichtätzwinkelverst ellbaren Teil 10 des Substrathalters drehbar angeordneten Zahnradsegment 16 in getrieblicher Verbindung steht. Am Zahnradsegment 16 ist mit Abstand von dessen Schwenkachse ein stabförmiges EIement 17 befestigt, das in die Kurvenbahn 14 der Platte eingreift. Zur Stabilisierung des Positioniergetriebes sind am nichtätzwinkelversteil baren Teil 10 des Substrattellers zwei weitere stabförmige Elemente 18; 19 angeordnet, die die Platte 13 an ihren Längsseiten begrenzen. 10

Pig. 2 zeigt schematisch den Substratteller 11 in der Vakuumkammer 20 mit einer Schleuse 21 und einer Ionenquelle 22 sowie verschiedene Bearbeitungspositionen des Substrattellers 11 und der Halbleiterscheibe 23.

Die Funktionsweise ist folgende:

Ausgangsstellung des Substrathalters ist die Position (Schleusungsposition), in Pig. 2 schematisch als Position des Substrattellers 11 dargestellt. In dieser Position wird die Halbleiterscheibe 23 in die Vakuumkammer 20 geschleust und auf dem Substratteller 11 gehaltert. Der Substrathalter führt eine lineare Bewegung von der Schleuse 21 weg aus. Dabei verstellt das in die Kurvenbahn 1 4 eingreifende stabförmige Element 17 das Zahnradsegment 16 und infolge der getrieblichen Verbindung mit dem Zahnrad 15 den Substratteller 11 mit der Halbleiterscheibe 23, wobei in der Ätzposition 1 die Halbleiterscheibe 23 um 90° geschwenkt wurde, so daß deren Oberfläche 90° zum Ionenstrahl 24 liegt. Bei der weiteren linearen Bewegung können stufenlos weitere Ätzwinkel (Positionen 2 bis 7) erzielt v/erden, bis in der Position 8 der Ätzwinkel 0° erreicht wird. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Mittelpunkt der Oberfläche der Halbleiterscheibe 23 in allen Winkelpositionen von 0° bis 90 zum Ionenstrahl in der Längsachse des Ionen~

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stralils bleibt. Dadurch kann die Ionenstrahlquelle 22 und deren erzeugter Ionenstrahl 24 minimiert werden. Jeder gewünschte Ätzwinkel kann automatisch durch entsprechende Positionierung bei der linearen Bewegung des Substrathalters erzielt werden. Manuelle Eingriffe sind nicht erforderlich. Von der Ätzposition 8 aus kann der Substratteiler 11 mit der Halbleiterscheibe 23 in v/eitere Bearbeitungspositionen gebracht werden. In Fig. ist die Position 9 als Beschichtungsposition dargestellt.

Zur Beschichtung der geätzten Hal'bleiterscheibenoberflache wird ein Target 25 unter einem Winkel von ca. 45° in den Ionenstrahl eingeschwenkt, xlach dem Beschichten nimmt das Target 25 seine Ausgangsstellung v/i ed er ein. Danach wird der Substrathalter linear in Richtung Schleuse 2i gefahren und der Substratteller 11 erreicht wieder die Schleusungsposition 0, so daß die Halbleiterscheibe 23 durch die Schleuse 21 wieder entnommen werden kann. Beim Passieren der Atzpositionen 8 bis 1 ist die Ionenquelle 22 nicht wirksam»

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Claims (2)

1. - 10 Pat ent anspräche

   Positioniergetriebe für Winkelätzen von Substraten, insbesondere von Halbleiterscheiben, das in einer Vakuumkammer einer Trockenätzanlage angeordnet und mit einem die Substrate haltenden Substratteller verbunden ist und den in einem Substrathalter integrierten Substratteller in eine im Hochvakuum be-

   findliche Atzposition von 0° bis 90° bewegt, wobei der Substrathalter weitere Schleusungs- und Bearbeitungspositionen in linearer Bewegungsrichtung nacheinander einnimmt, gekennzeichnet dadurch, daß am nie htät zwinkel ver st ellbaren 'Teil (10) des Substrathalters in einer Schwenkachse (12) der schwenkbare Substratteller (11) angebracht ist, daß rechtwinklig zur Schwenkachse (12) des Substrattellers

   (11) eine Platte (13) angeordnet ist, die eine Kurvenbahn (14) enthält, daß mit der Schwenkachse (12) ein Element (15) zur Übertragung einer Drehbewegung fest verbunden ist, das mit einem weiteren, am nichtätzwinkelverst ellbaren Teil des Substrathalters drehbar angeordneten übertragungselement (16) in getrieblicher Verbindung steht und das in einem Abstand zu seiner Drehachse ein Element (17) besitzt, das in die Kurvenbahn (14) der Platte (13) eingreift sowie daß die Kurvenbahn (14) so gestaltet ist, daß der Substratteller (11) beim Bewegen des Substrathalters im Bereich der Atzposition (1 bis 3) in einem Winkel von 0° bis 90° zur Ionenquellenachse geschwenkt wird, wobei der Hittelpunkt der Substratoberfläche in den verschiedensten Atzstellungen ständig seine Lage im

   30 Ionenstrahl (24) beibehält

   t.

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2. 2. Positioniergetriebe nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, daß das Übersetzungsverhältnis Substratteil erschwenkwinkel zu Übertragungselementschwenkwinkel am nichtätzwinkelverstellbaren Teil des Substrathalters größer als 1 ist.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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