DD241090A1 - Substrathalter zum trockenaetzen und/oder beschichten im vakuum - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Substrathalter zum Trockenaetzen und/oder Beschichten im Vakuum, der einen das Substrat halternden drehbaren Substratteller und einen von einem inkompressiblen Medium durchstroemten Ring aufweist. Die Substrate koennen Halbleiterscheiben fuer mikroelektronische Bauelemente oder Glaeser fuer optische Zwecke sein. Durch die Erfindung wird die Defektdichte der Substrate verringert und eine hohe Variabilitaet der Anordnung des Substrathalters in der Vakuumkammer erreicht. Die Erfindung besteht darin, dass der Hohlraum als Ring ausgebildet ist und eine der beiden Mantelflaechen des Ringes exzentrisch zur Drehachse des Substrattellers gestaltet sowie die jeweils andere Mantelflaeche mit Elementen zur Teilung des Ringes in mehrere Kammern versehen ist und dass im feststehenden Teil des Substrathalters ein in den Ring muendender, in Drehrichtung des Substrattellers auf der Seite des sich vergroessernden Ringquerschnittes angeordneter Einlasskanal und ein mit einer medienstauenden Engstelle versehener, an der Stelle mit dem geringsten Ringquerschnitt angeordneter Auslasskanal angeordnet ist. Fig. 2

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Substrathalter zum Trockenätzen und/oder Beschichten im Vakuum. Der Substrathalter ist in einer Vakuumkammer angeordnet und muß in dieser frei verfügbar anordbar sein oder variable Bewegungen innerhalb der Vakuumkammer ausführen können. Die zu bearbeitenden Substrate können z.B. Halbleiterscheiben für mikroelektronische Bauelemente oder Gläser für optische Zwecke sein.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Trockenätzanlagen zur Bearbeitung von Substratscheiben sind bekannt. Die Trockenätzung der Struktur auf den Scheiben kann z.B. mittels Plasma (Plasmaätzen) oder mittels Ionenstrahl (lonenstrahlätzanlagen) erfolgen. Sie weisen eine als Bearbeitungskammer ausgebildete Vakuumkammer auf, an die z. B. die Ionenstrahlquelle angeflanscht ist. Die Substratscheiben werden in modernen Anlagen von einem Substrathalter elektrostatisch gehaltert. Der Substrathalter wird beim Ätzen nahe der Kontaktfläche mit den Substratscheiben mit einem flüssigen Medium, insbesondere Wasser, gekühlt und zur Verbesserung der Homogenität der geätzten Fläche um seine Mittelachse gedreht. Bei der Beschichtung kann auch eine Beheizung des Substrathalters erforderlich sein. '

Bei einer Ätzanlage gemäß Katalog 1981 der Firma Veeco Industrial Equipment Division ist der Substrathalter am Deckel der Vakuumkammer mittels Traversen befestigt. Der Substratteller ist über Zahntriebe drehbar und zur Einnahme verschiedener Bearbeitungspositionen der Substrate schwenkbar. Eine Kühlung des Substrathalters ist vorgesehen. Der durch die Zahntriebe verursachte, wenn auch geringe Abrieb, führt jedoch bei derVLSI-Technik (Very large scale Integration) zu einer erhöhten Defektdichte der Substrate.

In der DE-OS 2513604 ist eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten beschrieben, bei der der Substrathalter dreh- und schwenkbar ist. Zum Antrieb dieser Bewegungen sind Zahn- und Riemengetriebe vorgesehen. Zwischen Verdampferquelle und Substrathalter ist eine Trennwand mit einer im wesentlichen dem Substratdurchmesser entsprechenden Öffnung vorgesehen, um den Antrieb des Substrathalters vor dem Einfluß des verdampften Beschichtungsmaterials zu schützen. Auch hierbei tritt ein relativ hoher Abrieb auf, dessen negative Auswirkung auf die Substratoberfläche auch durch die Trennwand nicht verhindert wird.

Durch die DD 224880 ist auch bereits ein Substrathalter zum Trockenätzen und/oder Beschichten von Substratscheiben bekannt, dessen Antrieb für den das Substrat halternden, drehbaren Substratteller innerhalb der Vakuumkammer gekapselt ist. Der Substrathalter weist einen parallel zur Substratauflagefläche liegenden, von einem feststehenden Teil des Substrathalters und vom drehbaren Substratteller begrenzten, von einem inkompressiblen Medium durchströmten Ring zur Temperierung der Substrattelleroberfläche auf, dessen äußere Mantelfläche und die dem Substrat zugekehrte Seitenfläche durch den Substratteller gebildet sind und im feststehenden Teil des Substrathalters in den Ring mündende Kanäle für den Medienein-und -auslaß angeordnet sind. Dadurch wird zwar der Abrieb und damit die Gefahr der Verunreinigung der zu bearbeitenden Substratoberflächen stark vermindert, jedoch hat die Kapselung des Antriebes zur Folge, daß der Substrathalter zu starr in der Anordnung innerhalb der Vakuumkammer ist.

Ziel der Erfindung ist es, die Defektdichte der Substrate beim Ätzen und/oder Beschichten zu vermindern und eine hohe Varibilit der Anordnung des Substrathalters in der Vakuumkammer zu erreichen.

Wesen der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen drehbaren Substrathalter zu schaffen, dessen Antrieb keinem Verschleiß in der Vakuumkammer unterliegt und der in keiner direkten kinematischen Beziehung zur Vakuumkammer steht.

Die erfinderische Lösung der Aufgabe geht aus von einem Substrathalter, der einen das Substrat halternden, drehbaren Substratteller und einen parallel zur Substratauflagefläche liegenden, von einem feststehenden Teil des Substrathalters und vom Substrateller begrenzten, von einem inkompressiblen Medium durchströmten Ring aufweist, dessen äußere Mantelfläche und die dem Substrat zugekehrte Seitenfläche durch den Substratteller gebildet sind und im feststehenden Teil des Substrathalters in den Ring mündende Kanäle für den Medienein- und -auslaß angeordnet sind und besteht darin, daß die innere Mantelfläche und die andere Seitenfläche durch den feststehenden Teil des Substrathalters gebildet sind und eine der beiden Mantelflächen exzentrisch zur Drehachse des Substrattellers gestaltet sowie die jeweils andere Mantelfläche mit Elementen zur Teilung des Ringes in mehrere Kammern versehen ist. Der Einlaßkanal ist in Drehrichtung des Substrattellers auf der Seite des sich vergrößernden Ringquerschnittes und der mit einer medienstauenden Engstelle versehene Auslaßkanal an der Stelle mit dem geringsten Ringquerschnitt angeordnet. Der Auslaßkanal ist mit allen Kammern jenseits des zunehmenden Ringquerschnittes verbunden.

Durch die Erfindung wurde ein drehbarer Substrathalter geschaffen, bei dem die hydrostatische Energie des Mediums für die Temperierung des Substrattellers zur Erzeugung der Drehbewegung ausgenutzt wird. Dadurch werden verschleißaufweisende kinematische Systeme zum Antrieb des Substrathalters in der Vakuumkammer vermieden. Der Substrathalter benötigt somit für die Temperierung und für die Drehbewegung nur zwei Medienleitungen bzw. -schlauche. Als besonderer Vorteil ergibt sich hieraus, daß der Substrathalter eine frei wählbare Position in der Vakuumkammer einnehmen kann.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die den Ring in mehrere Kammern teilende Elemente in Drehrichtung des Substrattellers konkav gekrümmt sein und derart mit Vorspannung an der exzentrischen Mantelfläche des Ringes anliegen, daß die Dichtwirkung zwischen der Kammer, in die der Einlaßkanal mündet, und der Kammer, in die der Auslaßkanal mündet, im wesentlichen erhalten bleibt.

Die den Ring in Kammern unterteilende Elemente sind einfach in ihrer Gestaltung und verursachen nur eine geringe Reibung in ihrer Funktion. Außerdem können die Elemente als Sicherheitsventil bei hohen Druckschwankungen im Mediennetz wirken, indem sich ggf. das sich zwischen Ein-und Auslaßkanal befindende Element von der exzentrischen Mantelfläche abhebt und damit die Mediendruckspitze abbaut. -

Auch können die den Ring in Kammern teilenden Elemente gemäß der Erfindung konkav vorgeformt sein. Dadurch sind die gegen die Drehrichtung wirkenden Kraftkomponenten vermindert und es ist auch eine bessere Montierbarkeit gegeben. Die Erfindung sieht auch weiterhin vor, daß das die exzentrische Mantelfläche des Ringes bildende Bauelement austauschbar ist. Dadurch kann die Drehzahl in Abhängigkeit von der Exzentrizität variiert werden, und somit ist es möglich, mit der Exzentrizität, dem Mediendruck und der Medientemperatur die für jede Substratkategorie optimalen Verhältnisse hinsichtlich Drehzahl des Substrathalters und Temperierung des Substrattellers einzustellen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch den Substrathalter Fig. 2: einen Schnitt gem. Fig. 1

Der Substrathalter ist in einer Vakuumkammer angeordnet (nicht dargestellt) und besteht im wesentlichen aus einem feststehenden Teil 1 und einem drehbaren Substratteller 2, auf dessen Stirnfläche 3 das Substrat gehaltert wird (nicht gezeigt). Erweist einen als Ring 4 gebildeten Hohlraum auf, dessen äußere Mantelfläche 5 und die dem Substrat zugewandte Seitenfläche 6 durch den Substratteller 2 und dessen innere Mantelfläche 7 und die andere Seitenfläche 8 durch den feststehenden Teil 1 des Substrathalters gebildet sind. Die innere Mantelfläche 7 ist exzentrisch zur Drehachse des Substrattellers 2 gestaltet, und zwar durch einen Zapfen 9, der zum feststehenden Teil 1 des Substrathalters gehört und austauschbar befestigt ist. Im Ring 4 sind in Dreh richtung des Substrattellers 2 konkav gekrümmte, an der äußeren Mantelfläche 5 des Ringes 4, d. h. an der inneren Ringfläche eines ringförmigen Teiles 10 des Substrattellers 2, befestigte Elemente 11 unter Vorspannung angeordnet, die den Ring 4 in einzelne Kammern unterteilen. Im feststehenden Teil 1 des Substrathalters sind ein Einlaßkanal 12 und ein Auslaßkanal 13für das Medium vorgesehen, das im Ausführungsbeispiel Wasser ist. Der Einlaßkanal 12 ist in Drehrichtung des Substrattellers 2 gesehen auf der Seite des sich vergrößernden Ringquerschnittes angeordnet. Der Auslaßkanal 13 befindet sich an der Stelle mit dem geringstem Ringquerschnitt und ist mit allen Kammern jenseits des zunehmenden Ringquerschnitts durch einen zum Ring 4 offenen Kanal 14 verbunden. Die Wasserzu- und -abführung erfolgt über Schläuche, wobei die Zeichnung nur den Abführungsschlauch 15 zeigt. Im Auslaßkanal 13 befindet sich eine medienstauende Engstelle 16. Der Substrathalter ist durch das Gelenk 17 schwenkbar und kann auch in seiner Längsachse verschiebbar sein. Die Wirkungsweise ist folgende:

Nachdem das Substrat auf der Stirnfläche 3 des Substratteller 2 gehaltert wurde (nicht dargestellt), wird Wasser zur Kühlung der Stirnfläche durch den Einlaßkanal 12 einer im Bereich des Einlaßkanals 12 liegenden Kammer des Ringes 4 zugeführt. Es kann aber auch ein inkompressibles Medium zur Heizung der Stirnfläche 3 zugeführt werden. Die Dichtheit zur Vakuumkammer ist durch Dichtringe 18; 19 gewährleistet. Der Substrattellerfängt sich an zu drehen. Bei jedem Überfahren des Einlaßkanals 12 wird die nächste Kammer gefüllt. Über die Kanäle 14 und 13 sowie den Schlauch 15 wird das Wasser abgeführt. Dadurch, daß die gekrümmten Elemente 11 unter Vorspannung am Zapfen 9 anliegen, wird die erforderliche Dichtheit der Kammern erreicht. Tritt im Mediennetz eine Druckspitze auf, hebt sich das Element 11, das sich gerade zwischen Einlaß- und Auslaßkanal 12; 13 befindet, ' vom Zapfen 9 ab, so daß die Druckspitze über dieses Element und den Auslaßkanal 13 abgebaut wird. Durch Auswechselung des Zapfens 4 mit anderer Exzentrizität kann die Drehzahl des Substrattellers 2 verändert werden. Mit diesem Substrathalter wird die hydrostatische Energie des Mediums für die Temperierung der Stirnfläche 3 des Substrattellers 2 zur Erzeugung dessen Drehbewegung, die in der Regel 1 bis 15min"¹ beträgt, ausgenutzt. Der Antrieb des Substrattellers 2 ist dadurch verschleißlos. Durch die im wesentlichen gleichmäßige Verteilung des Mediums im Ring 4 wird auch eine gute Temperierung der Stirnfläche 3 des Substrattellers 2 gewährleistet. Durch die Austauschbarkeit des Zapfens 9, der die exzentrische innere Mantelfläche 7 des Ringes 4 bildet, ist es somit möglich, durch den Mediendruck, die Medientemperatur und durch die veränderbare Exzentrizität das Optimum im Hinblick auf Drehzahl und Temperierung des

Substrattellers 2 und damit des Substrates einzustellen. Der Substrathalter kann in derVakuumkammerfrei wählbar angeordnet werden, weil er in keiner kinematischen Beziehung zu dieser steht. Er ist zudem einfach im Aufbau und gut montierbar, wenn die gekrümmten Elemente 11 konkavvorgeformtwerden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1. Substrathalter zum Trockenätzen und/oder Beschichten im Vakuum, dereinen das Substrat halternden drehbaren Substratteller und einen parallel zur Substratauflagefläche liegenden, von einem feststehenden Teil des Substrathalters und vom Substratteller begrenzten, von einem inkompressiblen Medium durchströmten Ring aufweist, dessen äußere Mantelfläche und die dem Substrat zugekehrte Seitenfläche durch den Substratteller gebildet sind und im feststehenden Teil des Substrathalters in den Ring mündende Kanäle für den Medienein- und -auslaß angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Mantelfläche (7) und die andere Seitenfläche (8) des Ringes (4) durch den feststehenden Teil (1 )des Substrathalters gebildet sind und eine der beiden Mantelflächen (7) exzentrisch zur Drehachse des Substrattellers (2) gestaltet sowie die jeweils andere Mantelfläche (5) mit Elementen (11) zurTeilung des Ringes (4) in mehrere Kammern versehen ist und daß der Einlaßkanal (12) in Drehrichtung des Substrattellers (2) auf der Seite des sich vergrößernden Ringquerschnittes und der mit einer medienstauenden Engstelle (16) versehene Auslaßkanal (13) an der Stelle mit dem geringstem Ringquerschnitt sich befinden und der Auslaßkanal (1) mit allen Kammern jenseits des zunehmenden Ringquerschnittes verbunden ist.
2. 2. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ring (4) in mehrere Kammern teilende Elemente (11) in Drehrichtung des Substrattellers (2) konkav gekrümmt sind und derart mit Vorspannung an der exzentrischen Mantelfläche (7) anliegen, daß die Dichtwirkung zwischen der Kammer, in die der Einlaßkanal (12) mündet und der Kammer, in die der Auslaßkanal (13) mündet, im wesentlichen erhalten bleibt.
3. 3. Substrathalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ring (4) in mehrere Kammern teilende Elemente (11) konkav vorgeformt sind.
4. 4. Substrathalter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die exzentrische Mantelfläche (7) des Ringes (4) bildende Bauelement (9) austauschbar ist.

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