DD292482A5 - Einrichtung zum beschichten ebener substrate im hochvakuum - Google Patents

Abstract

Die Einrichtung zum Beschichten ebener Substrate im Hochvakuum dient zum Einfach- und Mehrfachdurchlauf und/oder zum stationaeren Betrieb bei der Herstellung von Bauelementen der Elektronik und Mikroelektronik, insbesondere von Speicherplatten. Erfindungsgemaesz sind an einer hohlzylinderfoermigen Vakuumkammer am Umfang mindestens eine Prozeszstation und stirnseitig mindestens eine weitere Vakuumkammer mit mindestens einer weiteren Prozeszstation, sowie einer Vakuumschleuse angeordnet. In erstgenannter Vakuumkammer ist ein schrittweise oder kontinuierlich angetriebener Kreisring angeordnet, der Carrier mit senkrecht gehalterten Substraten durch die Einrichtung bewegt. Mittels Hubeinrichtungen werden die Carrier mit den Substraten in die stirnseitig angeordneten Vakuumkammern befoerdert. Figur{Beschichten; Substrate; Hochvakuum; Einfach- und Mehrfachdurchlauf; stationaerer Betrieb; Bauelemente der Elektronik; Speicherplatten; Vakuumkammer; Prozeszstation; Vakuumschleuse; Carrier; Hubeinrichtung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Einrichtung dient zum Beschichten von ebenen Substraten im stationären Betrieb und/oder im Einfach- und Mehrfachdurchlauf. Sie findet Anwendung zur Beschichtung von Bauelementen der Elektronik und Mikroelektronik, vorzugsweise von optischen, magnetooptischen und magnetischen Speicherplatten (Disks). Mit ihr kann das Heizen und Ätzen der Substrate und das Metallsputtern, HF-Sputtern und die plasmachemische Abscheidung erfolgen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

An den Prozeß der Beschichtung vo ι Speicherplatten werden höchste Anforderungen in bezug auf die Schichtgleichmäßigkeit, die radiale und azimutale Verteilung der Schichteigenschaften und die Partikelfreiheit gestellt.

Es ist üblich, die Substrate In senkrechter oder waagerechter Lage durch die Anlage bzw. Prozeßstationen zu befördern. Meist sind Schichtsysteme aufzubringen. Jeweils am Anfang und Ende der Prozeßstrecke befinden sich Vakuumschlfiuson zum Ein- und Ausbringen der Substrate. Dazwischen erfolgt die Manipulation der Substrate von Prozeßstation zu Prozeßstation in einem dem Prozeß angepaßten Schrittempo.

Eine bekannte Anlage ist derart gestaltet, daß auf einer evakuierten Transportkammer, in der der Umlauf der Substrate in senkrechter Lage erfolgt, auf der oberen Seite Prozeßkammern angeordnet sind, die über einen Schlitz miteinander verbunden sind. Der Transport der zu beschichtenden Substrate erfolgt schrittweise von der Eingabe- zur Ausgabeschleuse durch die dazwischen angeordneten Prozeßstationen. Diese Anlage kann sowohl langgestreckt als auch zur Reduzierung der Stellfläche gefaltet sein, so daß ein Rechteckumlauf entsteht. Mittels Hubeinrichtungen werden die Substrate jeweils aus der

Transportebene in die Prozeßebene, das heißt in die Prozeßstationen gebracht. In diesen üblichen Anlagen sind die Prozeßstationen im aktiven Zustand von'der Transportkammer vakuummäßig getrennt.

Die Prozeßeinrichtungen sind an den Prozeßkammern angeflanscht. (Solid State Technology, Juli 1989, S, 107-108) Der Nachteil solcher Einrichtungen besteht darin, daß die Transportkammer ein großes Volumen besitzt. Ein- und Ausgabeschleusen sind voneinander getrennt, so daß der Cleanroombereich sehr groß ist. Einen weiteren Nachteil weisen diese Anlagen auf, indem die Substrate in den Transporteinrichtungen manipuliert werden. Dieses mehrfache Substrathandling ist für Speicherplatten von Nachteil, denn die Gefahr der Partikel- und Defektgeneration ist dadurch sehr groß. Mit dieser Einrichtung ist die Herstellung von Sandwichschichten nicht möglich. Ein weiterer Nachteil bei der Herstellung hochwertiger Schichten und Schichtsysteme ist die ständige Prozeßunterbrechung während des Substrattransportes zwischen den Prozeßstationen. Eine gleichmäßige Beschichtung ist auch dadurch nicht gewährleistet.

Es ist auch eine Einrichtung bekannt, die derart gestaltet ist, daß die Prozeßstationen auf der Stirnseite eines hohlzylindrischen Rezipienten auf einem Teilkreis angeordnet sind. Der Rezipient ist waagerecht angeordnet und erfordert eine große Stellfläche für die Anlage. Auf einem schrittweise drehbaren Substrathalter sind dia Substrate in äquidistnnter Verteilung in Substrataufnahmen gehaltert. Den Schleusen sind Magazine für die Substrate zugeordnet. (DE-OS 3735284) Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß in einem Durchlauf der Substrate keine doppelseitige Beschichtung möglich ist. Außerdem ist die Anlage nicht für den kontinuierlichen Substratumlauf geeignet, was auf ausgedehnten Substraten zu Parameterabweichungen und zu schlechter Schichthomogenität führen kann. Auch für die reaktive Beschichtung ist die Einrichtung durch die ungünstige Gasverteilung von Nachteil.

Es ist auch bekannt, diese beschriebene Anlage derart zu variieren, indem eine flache, zylindrische Prozeßkammer senkrecht angeordnet ist. Die entsprechend ausgebildeten Substrathalter und die Prozeßeinrichtungen ermöglichen eine zeitweilige Separation des Prozeßraumes vom Transportraum. Damit wird der Mangel beseitigt, daß der Platzbeuarf groß ist. Bedeutender Nachteil ist die Störung der Schichten durch beim Prozeß entstehende Partikel (Flitter), welche in den Transportbereich und von oberen in die darunter liegenden Prozeßstationen gelangen und zu Ablagerungen auf dem Substrat führen. Es ist außerdem eine Einrichtung bekannt, die aus einem zweiteiligen hohlzylinderförmigen Rezipienten besteht, an den am äußeren Mantel die Prozeßstationen angeordnet sind. Die Substrate werden über eine Vakuumschleuse ein- und ausgebracht und auf der Innenwandung des Rezipienten in Halterungen befestigt. Der Rezipient besteht aus einem Innenzylinder, der gegenüber dem Außenzylinder drehbar und vakuumdicht mit ihm verbunden ist, so daß durch seine schrittweise Bewegung der Transport der auf dem Innenzylinder gehaltenen Substrate von einer Prozeßstation zur anderen bzw. der Vakuumschleuse erfolgt. (DD-PS 265646)

Diese Einrichtung hat zwar den Vorteil, daß mechanische Elemente, die dem Substrattransport dienen, nicht im Bereich der Substrate sind und dadurch durch Abrieb entstehende Partikel und beim Beschichten entstehender Flitter nicht zu störenden Defekten führen können. Nachteilig ist aber der Aufbau des Rezipienten, indem sich der eine Teil desselben bewegen und dabei vakuumdicht mit dem feststehenden Teil verbunden sein muß. Es erfordert sehr aufwendige Dichtelemente. Diese Einrichtung ist auch nicht für den kontinuierlichen Durchlauf der Substrate geeignet und nicht für die gleichzeitige Zweiseitenbeschichtung verwendbar.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die im Einfach- und'Mehrfachduixhlauf und/oder stationären Betrieb in Vakuumfolge beschichten kann. Sie muß anspruchsvolle Beschichtungsaufgaben auf ebenen Substraten, wie Metallbeschichtung unter extrem guten Restgasbedingungen, reaktives Beschichten unter extremen Parameteranforderungen hinsichtlich Stöchiometrie über die gesamte Substratfläche und Schichthomogenität erfüllen. Insbesondere muß die Einrichtung zur Durchführung von Sputterprozessen mit höchsten Anforderungen an das Schichtsystem geeignet sein. Das Volumen der Vakuumkammern soll gering sein, wie auch der Aufwand an Mechanik, wobei die erforderlichen mechanischen Elemente außerhalb des Prozeßraumes bzw. des Substrates angeordnet sein sollen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Einrichtung, bestehend aus Vakuumkammern, wovon eine hohlzylinderförmig ausgebildet ist und mindestens eine weitere Vakuumkammer an diese angeflanscht ist, einer Vakuumschleuse zum Ein- und Ausbringen der Substrate, einer Transporteinrichtung, mit welcher in senkrechter Lage die Substrate auf einer kreisförmigen Bahn durch die Einrichtung bewegt werden und einer Hubeinrichtung zum Abheben der Substrate aus derTransporteinrichtung, dadurch gelöst, daß an der hohlzylinderförmigen Vakuumkammer Typ I mit ihrem geringen Volumen am Umfang mindestens eine Prozeßeinrichtung angeflanscht ist, um im Einfach-oder Mehrfachdurchlauf bei kontinuierlicher Drehung Behandlungsprozesse wie Heizen oder Ätzen und eine Teilbeschichtung oder auch die Gesamtbeschichtung der Substrate auszuführen. Die kontinuierliche Drehung der Substrate erfolgt mittels einer Transporteinrichtung, die aus einem mit einem Antrieb gekoppelten Kreisring besteht, der in der Vakuumkammer I unten gelagert ist. Auf dem Kreisring sind in äquidistantem Abstand Carrier befestigt, welche die Substrate vom Einschleusen durch alle Prozeßstationen bis zum Ausschleusen aufnehmen, ohne sie zu manipulieren. Die Carrier enthalten Positionierelemente. Mindestens eine Vakuumkammer vom Typ Il ist auf der Vakuumkammer vom Typ I angeflanscht, um Behandlungsprozesse wie Entgasen, Heizen oder Ätzen oder eine Toilbeschiclitung als stationären Prozeß duichzuführen. Stationäre Prozeßführung heißt, daß das Substrat während des Behandlungsprozesses fest relativ zu den Einrichtungen zur Behandlung während der Behandlungszeit zugeordnet ist. Besagte Hubeinrichtung dient dazu, jeweils ein Substrat nach dem anderen aus der Vakuumkammer vom Typ I in die Vakuumkammer vom Typ Il zu heben und nach Ausführung des stationären Behandlungsprozesses in die Vakuumkammer Typ I zurückzuführen. Für die stationären Behandlungsprozesse übernimmt die in der Vakuumkammer Typ I befindliche Transporteinrichtung die Aufgabe des schrittweisen Transportes der Substrate, indem von kontinuierlicher zu schrittweiser Drehung übergegangen wird. Beim schrittweisen Transport ist der Schrittwinkel gleich dem Abstand der Carrier auf dem Kreisring. Am Carrier angeordnete Dichtungen bewirken das Abdichten der Vakuumkammern beider Typen voneinander während der stationären Behandlung.

Weiterhin ist es vorteilhaft, um das Material beim Beschichten optimal auszunutzen, beim Ein- und Mehrfachdurchlauf die Carrier auf dem Kreisring so aneinander anzuordnen und den Zwischenraum zwischen den Substraten dadu-ch sehr klein zu halten, daß die Carrier durch gegenseitige Überlappung oine geschlossene Zylindermantelfläche bilden. Darüber hinaus ist es auch zweckmäßig, daß Elemente an den Carriern den Spalt zwischen den Substraten schließen. Dadurch wird eine Kontamination durch Durchdampfen durch Spalte vermieden. ' Zur Doppelseitenbeschichtung der Substrate ist es auch möglich, Prozeßeinrichtungen an der Innen- und Außenwand der Vakuumkammer I bzw. an beiden Stirnflächen der Vakuumkammern Il anzuordnen.

Zweckmäßig ist die Anordnung der Vakuumschleusezum Ein-und Ausschleusen auf der oberen Stirnseite der Vakuumkammer I in der Art der Vakuumkammer Il und mit der gleichen Hubeinrichtung.

Es ist auch möglich, die Anlage nur im Einfach- oder Mehrfachdurchlauf zu betreiben, um Sandwich-Schichten aufzubringen. In dieser Ausführung ist es daher zweckmäßig, die Vakuumkammern II, die stirnseitig auf der Vakuumkammer I angeordnet sind, sowie die zugehörigen Hubeinrichtungen nicht an der Einrichtung anzubauen und die vorhandenen Öffnungen mittels Blindflansch zu verschließen.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Vakuumschleuse, besonders wenn die Einrichtung nur im Durchlaufbetrieb arbeitet, am äußeren Mantel dar Vakuumkammer I anzuordnen.

Um den Prozeß des Ein- und Ausschleuscns zu automatisieren, ist es vorteilhaft, mit der Vakuumschleuse Magazine für die

Substrate zu verbinden. \

Es ist vorteilhaft, wenn die Substrate mit Strukturen versehen werden sollen und wenn elektrische Werte während des Prozesses abgenommen werden sollen, an dem Carrier Elemente zur Maskierung und Kontaktierung anzuordnen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung wird im einzelnen anhand des Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit der Einrichtung Substrate ein- und doppelseitig im stationären Betrieb und/oder im Einfach- oder Mehrfachdurchlauf in Vakuumfolge kontinuierlich beschichtet werden können. Dabei werden hohe Anforderungen an das Schichtsystem erfüllt. Störungen im Schichtsystem durch Fremdeinwirkung, wie z.B. Flitter, werden weitgehend vermieden. Jedes Handling der Substrate entfällt, da diese vom Einschleusen in die Anlage bis zum Ausschleusen in den Carriern verbleiben ohne während der Prozesse entnommen zu werden.

Ausführungsbeispiel

In der zugehörigen Zeichnung ist eine Einrichtung im Prinzip im Schnitt durch eine Prozeßstation und eine Prozeßkammer dargestellt.

An einer hohlzylinderförmigen Vakuumkammer vom Typ 11 sind am äußeren Mantel mehrere Prozeßeinrichtungen 2, z. B. zum

Ätzen, Heizen, Beschichten angeflanscht. Auf der Stirnseite der Vakuumkammer I 1 sind weitere Vakuumkammern vom Typ Il 3

angeflanscht, die nur über einen Spalt 4 miteinander verbunden sind. Beiderseitig sind an den Vakuumkammern Il 3 Magnetrons 4 angeordnet. In der Vakuumkammer 11 ist ein Kreisring 6 drehbar gelagert.

Auf diesem Kreisring 6 sind in äquidistandem Abstand Carrier 7 abnehmbar angebracht, die Substrate 8 beim Einschleusen in senkrechter Lage aufnehmen, durch den gesamten Zyklus halten und beim Ausschleusen wieder abgeben. Unter jeder Vakuumkammer Il 3 befindet sich eine Hubeinrichtung 9, die beim stationären Beschichten den Carrier 7 zur Ausübung des

Prozesses in die Vakuumkammer Il 3 hebt. Der Carrier 7 hat Dichtungen 10, die im angehobenen Zustand beide

Vakuumkammern 1; 3 voneinandertrennen. Gleichzeitig ist auf der Stirnseite der Vakuumkammer 11 die Vakuumschleuse 11 angeflanscht (versetzt gezeichnet), die gleichzeitig zum Ein- und Ausschleusen der Substrate 8 dient. Auch unter der Vakuumschleuse 11 ist eine Hubeinrichtung 9 angeordnet. An den Vakuumkammern Il 3 sind Vakuumpumpen 12 angeschlossen; ebenso an der Vakuumkammer 11 (nicht gezeichnet). Der Antrieb des Kreisringes 6 erfolgt über eine bekannte magnetische Kupplung von einem Steuer- und regelbaren Antrieb 13, der in der Lage ist, den Kreisring 6 schrittweise für die stationäre Beschichtung oder kontinuierlich für die Herstellung von Sbndwichschichten zu bewegen.

Die Substrate 8 werden über die Vakuumschleuse 11 in einen jeweils dort befindlichen Carrier 7 eingelagt und schrittweise von Prozeßstation zu Prozeßstation weiterbewegt. Der Winkelabstand der Carrier 7 auf dem Kreisring 6 entspricht dem Winkelabstand der Prozeßstationen, wobei dieser ein ganzer Bruch von 360° ist. Wenn sich die Carrier 7 unter einer Prozeßstation befinden, werden sie mit der Hubeinrichtung 9 vom Kreisring 6 abgehoben und in die Prozeßstation, d. h. Vakuumkammer Il 3 befördert. Der jeweils längste Prozeß in einer Station bestimmt dabei die Taktzeit. Sollen nur Schichten bzw. Schichtsysteme im Durchlauf auf die Substrate 8 aufgebracht werden, dann werden erst alle Carrier 7 über die Vakuumschleuse 11 bestückt und danach werden sie je nach den geforderten Schichtparametern im Durchlauf beschichtet. Nach Beendigung des Gesamtprozesses erfolgt das Ausschalten. Dazu sind die stirnseitigen Öffnungen, an denen die Prozeßkammern Il 3 angeflanscht sind, mit Blindflanschen geschlossen. In dieser Ausführung entfallen auch die darunter angeordneten Hubeinrichtungen 9.

Claims (9)

1. Einrichtung zum Beschichten ebener Substrate im Hochvakuum, bestehend aus mehreren Vakuumkammern, wovon eine Vakuumkammer hohlzylinderförmig ausgebildet ist und mindestens eine weitere Vakuumkammer auf deren Stirnfläche angeflanscht ist, einer Vakuumschleuse zum Ein- und Ausgeben der Substrate, einer Transporteinrichtung, mit welcher die Substrates in senkrechter Lage auf einer kreisförmigen Bahn bewegt werden und einer Hubeinrichtung zum Abheben der Substrate aus der Transporteinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß an der hohlzylinderförmigenVakuumkammerTyp I (1) am Umfang mindestens eine Prozeßeinrichtung (2) angeflanscht und stirnseitig mindestens eine weitere Vakuumkammer Typ Il (3) mit mindestens einer Prozeßeinrichtung (2) angeordnet ist, daß in der Vakuumkammer 1(1) unten ein Kreisring (6) drehbar gelagert ist, dar mit einem Antrieb (13) für Schritt- und konstanten Betrieb gekoppelt ist, daß auf dem Kreisring (6) im äquidistanten Abstand Carrier (7) zur Aufnahme der Substrate (8) während des gesamten Vakuumzyklus angeordnet sind, daß der Abstand der Carrier (7) untereinander dem Abstand der Vakuumkammer H (3) und der Schrittwinkel des Antriebes (13) dem Abstand der Carrier (7) angepaßt ist und daß unter jeder Vakuumkammer Il (3) eine Hubeinrichtung (9) zum Befördern der Carrier (7) in die Vakuumkammer Il (3) angeordnet ist und dazu am Carrier (7) Dichtungen (10) zum Abdichten gegen die Prozeßkammer Il (3) angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Carriern (7) Elemente zur Kontaktierung, Positionierung und Maskierung verbunden sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Carrier (7) auf dem Kreisring (6) sich so überlappend, daß kein Spalt zwischen den Substraten (8) entsteht, angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Carriern (7) und den Substraten (8) Abdeckungen angebracht sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßeinrichtung (2) auf beiden Mantelseiten der Vakuumkammer I (1) gegenüberliegend angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem alleinigen Einfach- und Mehrfachdurchlauf anstelle der Vakuumkammern Il (3) Blindflansche zum Verschließen der Öffnungen angebracht sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumschleuse (11) auf der oberen Stirnseite der Vakuumkammer I (1) und unter ihr eine Hubeinrichtung (9) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß d e Vakuumschleuse (12) am äußeren Mantel der Vakuumkammer I (Dangeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Vakuumschleuse (12) ein Magazin für die Substrate (8) verbunden ist.