DE102016109124B4 - Ion beam generating device and substrate treatment system - Google Patents

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Abstract

Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung, umfassend mindestens eine Ionenstrahl-Quelle (1), die einen Ionenstrahl (13) erzeugt und an einer Vorderseite (11) abgibt, und einen Anschlusskasten (2), der an einer der Vorderseite (11) der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) gegenüberliegenden Rückseite (12) der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) angebracht ist und in dem Medienanschlüsse zur Versorgung der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) mit elektrischer Energie oder/und Arbeitsgas oder/und Kühlmittel angeordnet sind, wobei der Anschlusskasten (2) bezüglich einer Strahl-Symmetrieebene (15), die durch eine Längsachse der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) und eine mittlere Abstrahlrichtung (14) der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) aufgespannt ist, asymmetrisch gestaltet ist und wobei die mindestens eine Ionenstrahl-Quelle (1) mit dem Anschlusskasten (2) im Inneren der Anlagenkammer (3) angeordnet ist.

Figure DE102016109124B4_0000
Ion beam generating device, comprising at least one ion beam source (1) which generates an ion beam (13) and emits it on a front side (11), and a connection box (2) which is connected to one of the front side (11) of the at least one ion beam source ( 1) the opposite rear side (12) of the at least one ion beam source (1) is attached and in which media connections for supplying the at least one ion beam source (1) with electrical energy and / or working gas and / or coolant are arranged, the junction box (2) is designed asymmetrically with respect to a beam symmetry plane (15) which is spanned by a longitudinal axis of the at least one ion beam source (1) and a central emission direction (14) of the at least one ion beam source (1), and the at least one ion beam source (1) with the connection box (2) is arranged in the interior of the system chamber (3).
Figure DE102016109124B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung und eine Substratbehandlungsanlage.The invention relates to an ion beam generating device and a substrate treatment system.

Aus US 6 214 183 B1 ist eine Ionenstrahl-Quelle bekannt, die eine kegelstumpfförmige Vorderseite mit einem kreisförmigen Emissionsspalt aufweist, wodurch ein kegelstumpfförmiger Ionenstrahl erzeugt wird, der auf ein Planartarget eines Sputtermagnetrons gerichtet wird, um das Targetmaterial zu zerstäuben.the end US 6 214 183 B1 For example, an ion beam source is known which has a frustoconical front face with a circular emission slit, thereby generating a frustoconical ion beam which is directed onto a planar target of a sputtering magnetron to sputter the target material.

Im Allgemeinen können Werkstoffe oder Substrate, wie plattenförmige Substrate, Glasscheiben, Wafer, oder andere Träger, mittels Ionen prozessiert, bearbeitet oder vorbehandelt werden. Dazu kann ein Substrat mit einem Ionenstrahl bestrahlt werden, welcher mittels einer Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung erzeugt und auf eine zu bearbeitende Oberfläche eines Substrats gerichtet werden kann. Mittels des Ionenstrahls kann das Substrat beispielsweise geätzt werden, in einem so genannten Ionenstrahl-Ätzverfahren, wobei die Ionen des Ionenstrahls Substratmaterial zerstäuben und damit von dem bestrahlten Substrat abtragen (ätzen) können.In general, materials or substrates, such as plate-shaped substrates, glass panes, wafers or other carriers, can be processed, processed or pretreated by means of ions. For this purpose, a substrate can be irradiated with an ion beam, which can be generated by means of an ion beam generating device and directed onto a surface of a substrate to be processed. By means of the ion beam, the substrate can be etched, for example, in what is known as an ion beam etching process, wherein the ions of the ion beam can sputter substrate material and thus remove (etch) from the irradiated substrate.

Zum Bestrahlen breiter Substrate (z.B. mit einer Breite von mehr als einem Meter) kann eine Ionenstrahl-Quelle verwendet werden, welche einen Ionenstrahl erzeugt, der über die gesamte Breite des Substrats erstreckt sein kann (z.B. kann eine so genannte Anode-Layer-Ionenstrahl-Quelle verwendet werden). Anschaulich können herkömmliche Ionenstrahlerzeugungsvorrichtungen zum Bearbeiten breiter Substrate dazu ausgelegt sein, große Oberflächen zeiteffizient zu bestrahlen.To irradiate wide substrates (e.g. with a width of more than one meter), an ion beam source can be used which generates an ion beam that can be extended over the entire width of the substrate (e.g. a so-called anode layer ion beam can be used. Source). Conventional ion beam generating devices for processing broad substrates can clearly be designed to irradiate large surfaces in a time-efficient manner.

Zur Erzielung einer hohen Ätzrate wird ein flacher Einschusswinkel der Ionen im Bezug zum Substrat bevorzugt, beispielsweise unter einem Winkel zur Normalenrichtung der Substratebene. Handelt es sich bei der Substratbehandlungsanlage beispielsweise um eine sogenannte Durchlaufanlage, durch die scheiben- oder plattenförmige Substrate während der Behandlung hindurchbewegt werden, so kann eine Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung beispielsweise im Inneren einer Anlagenkammer mit ihrer Längserstreckung parallel zu einer Substratebene, beispielsweise quer zu einer Transportrichtung der Substrate, und gleichzeitig hinsichtlich ihrer mittleren Abstrahlrichtung geneigt so angeordnet sein, dass ein von ihr erzeugter Ionenstrahl unter dem gewünschten Winkel auf ein daran vorbeitransportiertes Substrat auftrifft.In order to achieve a high etching rate, a shallow injection angle of the ions in relation to the substrate is preferred, for example at an angle to the normal direction of the substrate plane. If the substrate treatment system is, for example, a so-called continuous system through which disk-shaped or plate-shaped substrates are moved during the treatment, an ion beam generating device can, for example, inside a system chamber with its longitudinal extension parallel to a substrate plane, for example transversely to a transport direction of the substrates, and at the same time be inclined with respect to its central emission direction so that an ion beam generated by it strikes a substrate transported past it at the desired angle.

Bekannte Ionenstrahlerzeugungsvorrichtungen weisen einen im Wesentlichen quaderförmigen, d.h. im Querschnitt rechteckigen, Anschlusskasten auf, welcher an der Rückseite der eigentlichen Ionenstrahl-Quelle angeordnet und dessen Querschnittskontur im Wesentlichen symmetrisch gestaltet ist. Dieser Anschlusskasten bestimmt und limitiert aufgrund seiner Bauform die Einbaulage der Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung in der Anlagenkammer einer Substratbehandlungsanlage.Known ion beam generating devices have an essentially cuboid, i.e. rectangular in cross section, connection box which is arranged on the rear side of the actual ion beam source and whose cross-sectional contour is designed essentially symmetrically. Due to its design, this connection box determines and limits the installation position of the ion beam generating device in the system chamber of a substrate treatment system.

Ionenstrahlerzeugungsvorrichtungen der beschriebenen Art können beispielsweise als Komponenten von Substratbehandlungsanlagen an einem Kammerdeckel angebracht sein, der eine Kammeröffnung einer Anlagenkammer vakuumdicht verschließt, wobei die Anlagenkammer im Betrieb der Substratbehandlungsanlage unter Vakuum steht. Für eine erhöhte Ätzrate (Menge des abgetragenen Materials pro Zeiteinheit) kann die Ionenstrahlerzeugungsvorrichtungen in der Anlagenkammer schräg eingebaut sein, so dass die Ionenstrahl-Quelle mit einer mittleren Abstrahlrichtung angeordnet ist, die mit einer Substratebene, in der Substrate innerhalb der Anlagenkammer gehalten oder transportiert werden, einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt. Wird der Deckel senkrecht in die Kammer eingeführt, so erzwingt der dann ebenfalls schräg angeordnete Anschlusskasten eine Verschiebung der Ionenstrahl-Quelle in Richtung der Mitte des Kammerdeckels, damit der Anschlusskasten beim Einführen der Ionenstrahlerzeugungsvorrichtungen nicht mit dem Rand der Kammeröffnung, der sogenannten Kammerzarge, kollidiert. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn die mittlere Abstrahlrichtung der Ionenstrahl-Quelle auch gegenüber der Kammerzarge von 90° verschieden ist, beispielsweise für den weit verbreiteten Fall, dass die Substrattransportebene und die Ebene der Kammerzarge zueinander parallel liegen.Ion beam generating devices of the type described can be attached, for example, as components of substrate treatment systems to a chamber cover which closes a chamber opening of a system chamber in a vacuum-tight manner, the system chamber being under vacuum when the substrate treatment system is in operation. For an increased etching rate (amount of material removed per unit of time), the ion beam generating devices can be installed at an angle in the system chamber, so that the ion beam source is arranged with a central emission direction, which is held or transported with a substrate plane in which substrates are within the system chamber , encloses an angle other than 90 °. If the cover is inserted vertically into the chamber, the junction box, which is then also inclined, forces the ion beam source to be shifted towards the center of the chamber cover so that the junction box does not collide with the edge of the chamber opening, the so-called chamber frame, when the ion beam generating devices are inserted. This is particularly the case when the mean emission direction of the ion beam source is also different from the chamber frame by 90 °, for example for the widespread case that the substrate transport plane and the plane of the chamber frame are parallel to one another.

Der optimale Winkel zwischen der mittleren Abstrahlrichtung der Ionenstrahl-Quelle und der Normalenrichtung der Substratebene ist von vielen Faktoren, u.a. dem Material des Substrats, abhängig.The optimal angle between the central emission direction of the ion beam source and the normal direction of the substrate plane depends on many factors, including the material of the substrate.

Ein optimaler Winkel von beispielsweise ca. 60° zwischen der mittleren Abstrahlrichtung der Ionenstrahl-Quelle und der Normalenrichtung der Substratebene kann dann häufig nicht realisiert werden, da der Ionenstrahl bei hinreichend großem Abstand der Ionenstrahl-Quelle zum Substrat beispielsweise auf eine quer zur Transportrichtung der Substrate angeordnete Kammerschottwand trifft, durch die die Kammer in der Breite beschränkt sein kann. Ein größerer senkrechter Abstand der Ionenstrahl-Quelle zum Substrat ist vorteilhaft, da dann die Verschmutzung der Ionenstrahl-Quelle durch abgestäubtes Material reduziert wird. Verschmutzung der Ionenstrahl-Quelle durch vom Substrat abgetragenes Material reduziert die Standzeit und ist hier ein bestimmender Faktor. Es muss daher ein Kompromiss gefunden werden zwischen dem senkrechten Abstand der Ionenstrahl-Quelle zum Substrat und der erzielbaren Ätzrate.An optimal angle of, for example, approx. 60 ° between the central emission direction of the ion beam source and the normal direction of the substrate plane can then often not be achieved, since the ion beam, if the distance between the ion beam source and the substrate is sufficiently large, for example at a direction transverse to the transport direction of the substrates arranged chamber bulkhead meets, through which the chamber can be limited in width. A larger perpendicular distance between the ion beam source and the substrate is advantageous, since the contamination of the ion beam source by sputtered material is then reduced. Contamination of the ion beam source by material removed from the substrate reduces the service life and is a determining factor here. A compromise must therefore be found between the vertical spacing of the Ion beam source to the substrate and the achievable etching rate.

Bei einer Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung, die mindestens eine Ionenstrahl-Quelle umfasst, die einen Ionenstrahl erzeugt und an einer Vorderseite abgibt, und einen Anschlusskasten umfasst, der an einer der Vorderseite der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle gegenüberliegenden Rückseite der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle angebracht ist und in dem Medienanschlüsse zur Versorgung der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle mit elektrischer Energie oder/und Arbeitsgas oder/und Kühlmittel angeordnet sind, wird vorgeschlagen, dass der Anschlusskasten bezüglich einer Strahl-Symmetrieebene, die durch eine Längsachse der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle und eine mittlere Abstrahlrichtung der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle aufgespannt ist, asymmetrisch gestaltet ist und wobei die mindestens eine Ionenstrahl-Quelle mit dem Anschlusskasten im Inneren der Anlagenkammer angeordnet ist.In an ion beam generating device that comprises at least one ion beam source that generates an ion beam and emits it on a front side, and comprises a junction box that is attached to a rear side of the at least one ion beam source opposite the front side of the at least one ion beam source and in the media connections for supplying the at least one ion beam source with electrical energy and / or working gas and / or coolant are arranged, it is proposed that the connection box with respect to a beam symmetry plane that is defined by a longitudinal axis of the at least one ion beam source and a central emission direction the at least one ion beam source is spanned, is designed asymmetrically and wherein the at least one ion beam source with the connection box is arranged in the interior of the system chamber.

Medienanschlüsse können beispielsweise durch ein Schutzrohr, einen Wellrohrschlauch oder dergleichen, von der außerhalb der Anlagenkammer herrschenden Atmosphäre durch ein innerhalb der Anlagenkammer herrschendes Vakuum zu der Ionenstrahl-Quelle im Innern der Anlagenkammer geführt sein oder werden, so dass das Innere des Anschlusskastens mit der äußeren Atmosphäre kommuniziert und daher den dort herrschenden Atmosphärendruck aufweist.Media connections can, for example, be routed through a protective tube, a corrugated tube or the like, from the atmosphere outside the system chamber through a vacuum existing inside the system chamber to the ion beam source inside the system chamber, so that the inside of the connection box is exposed to the outside atmosphere communicates and therefore has the atmospheric pressure prevailing there.

Gemäß einer Ausgestaltung wird die asymmetrische Gestaltung des Anschlusskastens durch Beschneidung einer gedachten, annähernd symmetrischen Grundkontur des Anschlusskastens erzielt. Ausgehend von bekannten Ionenstrahlerzeugungsvorrichtungen mit im Querschnitt symmetrischen Anschlusskästen wird bei der vorgeschlagenen Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung der Anschlusskasten so gestaltet, als hätte man von einem symmetrischen Anschlusskasten etwas weggeschnitten und den verbleibenden Innenraum wieder verschlossen.According to one embodiment, the asymmetrical design of the connection box is achieved by trimming an imaginary, approximately symmetrical basic contour of the connection box. Based on known ion beam generating devices with connection boxes symmetrical in cross section, the connection box in the proposed ion beam generating device is designed as if something had been cut away from a symmetrical connection box and the remaining interior space closed again.

Gemäß einer Ausgestaltung wird alternativ oder zusätzlich die asymmetrische Gestaltung des Anschlusskastens durch Verschiebung einer oder mehrerer Außenwände einer gedachten, annähernd symmetrischen Grundkontur des Anschlusskastens erzielt. Eine mögliche Variante besteht darin, einen an sich wie im Stand der Technik bekannten, im Querschnitt rechteckigen Anschlusskasten gegenüber der Strahl-Symmetrieebene der Ionenstrahl-Quelle zu verschieben, so dass ein größerer Teil des Anschlusskastens auf einer Seite der Strahl-Symmetrieebene und ein kleinerer Teil des Anschlusskastens auf der anderen Seite der Strahl-Symmetrieebene liegt. Eine andere Variante besteht darin, nur eine Außenwand des Anschlusskastens zu verschieben, beispielsweise eine der beiden Außenwände, die parallel zu der Strahl-Symmetrieebene liegen, näher an die Strahl-Symmetrieebene heranzurücken, wodurch das Volumen des Anschlusskastens gleichzeitig verringert wird.According to one embodiment, the asymmetrical design of the connection box is alternatively or additionally achieved by shifting one or more outer walls of an imaginary, approximately symmetrical basic contour of the connection box. One possible variant consists in shifting a connection box with a rectangular cross-section, which is known per se in the prior art, in relation to the beam symmetry plane of the ion beam source, so that a larger part of the connection box is on one side of the beam symmetry plane and a smaller part of the connection box is on the other side of the plane of symmetry of the beam. Another variant consists in moving only one outer wall of the connection box, for example one of the two outer walls that are parallel to the beam symmetry plane, closer to the beam symmetry plane, whereby the volume of the connection box is reduced at the same time.

Gemäß einer Ausgestaltung wird alternativ oder zusätzlich die asymmetrische Gestaltung des Anschlusskastens durch Neigung einer oder mehrerer Außenwände einer gedachten, annähernd symmetrischen Grundkontur des Anschlusskastens erzielt ist.According to one embodiment, the asymmetrical design of the connection box is alternatively or additionally achieved by inclining one or more outer walls of an imaginary, approximately symmetrical basic contour of the connection box.

Beispielsweise kann in bestimmten Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass mindestens eine Außenwand des Anschlusskastens schräg gegenüber allen anderen Außenwänden oder gebogen ausgeführt ist.For example, it can be provided in certain configurations that at least one outer wall of the connection box is designed to be inclined with respect to all other outer walls or to be curved.

In weiteren Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass Medienanschlüsse in einem an die Strahl-Symmetrieebene angrenzenden Halbraum angeordnet sind, in dem sich ein größerer Querschnittsanteil des Anschlusskastens befindet als in dem anderen Halbraum. Mit anderen Worten sind in bestimmten Ausgestaltungen im Inneren des Anschlusskastens vorgesehene Medienanschlüsse im Wesentlichen auf den an die Strahl-Symmetrieebene angrenzenden Halbraum mit dem größeren Querschnittsanteil des Anschlusskastens konzentriert, wobei Medienanschlüsse oder Mediendurchführungen, deren Achse in der Strahl-Symmetrieebene liegt, mit eingeschlossen sein können.In further refinements, it can be provided that media connections are arranged in a half-space adjoining the beam symmetry plane, in which a larger cross-sectional portion of the connection box is located than in the other half-space. In other words, media connections provided in the interior of the connection box are essentially concentrated on the half-space adjoining the beam symmetry plane with the larger cross-sectional portion of the connection box, media connections or media ducts whose axis lies in the beam symmetry plane can also be included .

Alternativ oder zusätzlich kann in bestimmten Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass nicht potentialbehaftete Medienanschlüsse außerhalb des Anschlusskastens zur Ionenstrahl-Quelle geführt sind. Mit anderen Worten können in einer Ausgestaltung nicht potentialbehaftete Wasseranschlüsse, die z.B. der Kühlung des magnetischen Grundkörpers der Ionenstrahl-Quelle dienen, und/oder Gasanschlüsse für ein Arbeitsgas und dergleichen separat, d.h. außerhalb des Anschlusskastens, aus der Ionenstrahl-Quelle herausgeführt sein.As an alternative or in addition, it can be provided in certain configurations that non-floating media connections are routed outside the connection box to the ion beam source. In other words, in one embodiment, non-floating water connections, which are used, for example, to cool the magnetic base body of the ion beam source, and / or gas connections for a working gas and the like, can be led out of the ion beam source separately, i.e. outside the connection box.

Die vorgeschlagenen Ionenstrahlerzeugungsvorrichtungen können beispielsweise in Substratbehandlungsanlagen angeordnet sein, die eine Anlagenkammer und in der Anlagenkammer angeordnete Mittel zum Halten oder/und Transportieren von Substraten in einer Substratebene umfassen, wobei mindestens eine derartige Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung in der Anlagenkammer angeordnet ist.The proposed ion beam generating devices can be arranged, for example, in substrate treatment systems which comprise a system chamber and means arranged in the system chamber for holding and / or transporting substrates in a substrate plane, at least one such ion beam generating device being arranged in the system chamber.

Eine Anlagenkammer ist ein Behälter, der durch Kammerwände nach außen begrenzt ist, wobei der Behälter auch aus mehreren Teilbehältern zusammengesetzt sein kann, was häufig bei sogenannten Durchlaufanlagen der Fall ist. Der Behälter kann eine oder mehrere Kammeröffnungen aufweisen, die durch Kammerdeckel vakuumdicht verschließbar sind. Zum Betrieb der Anlage kann die Anlagenkammer evakuiert werden. Das Innere der Anlagenkammer kann durch eine oder mehrere Kammerschottwände in zwei oder mehr Kammersegmente unterteilt sein. Eine Kammerschottwand kann dabei eine oder mehrere Öffnungen aufweisen, die beispielsweise dem Transport eines Substrats von Kammersegment zu Kammersegment dienen können. Eine Kammerschottwand muss also nicht zwingend eine hermetische Trennung benachbarter Kammersegmente bewirken. In vielen Fällen dienen Kammerschottwände in erster Linie als Strömungswiderstände, um einen Atmosphärenaustausch zwischen benachbarten Kammersegmenten weitestgehend zu verhindern. Kammerwände müssen daher auch nicht zwingend eine tragende, d.h. die Stabilität der Anlagenkammer erhöhende, Funktion aufweisen.A system chamber is a container that is delimited to the outside by chamber walls, the container also being made up of several sub-containers can be composed, which is often the case with so-called continuous systems. The container can have one or more chamber openings which can be closed in a vacuum-tight manner by chamber lids. The system chamber can be evacuated to operate the system. The interior of the system chamber can be divided into two or more chamber segments by one or more chamber bulkheads. A chamber partition wall can have one or more openings which can be used, for example, to transport a substrate from chamber segment to chamber segment. A chamber bulkhead does not necessarily have to cause a hermetic separation of adjacent chamber segments. In many cases, chamber bulkheads serve primarily as flow resistances in order to largely prevent an exchange of atmosphere between adjacent chamber segments. Chamber walls therefore do not necessarily have to have a load-bearing function, ie a function that increases the stability of the system chamber.

Dabei kann in bestimmten Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass mindestens eine Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung so angeordnet ist, dass ihre mittlere Abstrahlrichtung mit der Substratebene einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt. Ebenfalls mit umfasst sind Ausgestaltungen, bei denen die mindestens eine Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung in der Anlagenkammer winkelverstellbar angeordnet ist, so dass der Winkel, unter dem ein Ionenstrahl ausgesandt wird, einstellbar ist. Es kann sich dabei um sogenannte Durchlaufanlagen handeln, bei denen Substrate zwischen einer Eingangsschleuse und einer Ausgangsschleuse durch eine oder mehrere hintereinander angeordnete Anlagenkammern, die ihrerseits wiederum durch Kammerschottwände in Kammersektionen unterteilt sein können, transportiert werden, wobei die Substrate auch an der mindestens einen Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung vorbei bewegt werden.In this case, it can be provided in certain configurations that at least one ion beam generating device is arranged in such a way that its central emission direction encloses an angle different from 90 ° with the substrate plane. Also included are configurations in which the at least one ion beam generating device is arranged in an angle-adjustable manner in the system chamber, so that the angle at which an ion beam is emitted can be set. These can be so-called continuous systems in which substrates are transported between an entrance lock and an exit lock through one or more system chambers arranged one behind the other, which in turn can be divided into chamber sections by chamber bulkheads, the substrates also passing the at least one ion beam generating device be moved.

In bestimmten Ausgestaltungen handelt es sich um sogenannte Horizontalanlagen, in denen die Substratebene horizontal ausgerichtet ist. In anderen Ausgestaltungen handelt es sich um sogenannte Vertikalanlagen, in denen die Substratebene im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist, d.h. bei denen das Substrat vertikal ausgerichtet oder um z.B. 5° oder mehr, weiterhin bevorzugt um 7° oder mehr aus der Vertikalen geneigt ist.In certain refinements, what are known as horizontal systems are involved, in which the substrate plane is aligned horizontally. Other configurations are so-called vertical systems in which the substrate plane is oriented essentially vertically, i.e. in which the substrate is oriented vertically or inclined by, for example, 5 ° or more, further preferably by 7 ° or more, from the vertical.

In weiteren Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass die Substratebene horizontal ausgerichtet ist, die Anlagenkammer an ihrer Oberseite eine durch einen Kammerdeckel verschließbare Kammeröffnung aufweist und mindestens eine Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung an mindestens einem Kammerdeckel angebracht ist. Dadurch ist das Innere der Anlagenkammer zu Wartungszwecken gut zugänglich, und die Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung benötigt keine eigene Halterung innerhalb der Anlagenkammer, da sie vom Kammerdeckel gehalten ist.In further refinements, it can be provided that the substrate plane is aligned horizontally, the system chamber has a chamber opening on its upper side that can be closed by a chamber cover, and at least one ion beam generating device is attached to at least one chamber cover. As a result, the interior of the system chamber is easily accessible for maintenance purposes, and the ion beam generating device does not need its own holder within the system chamber, since it is held by the chamber cover.

Alternativ oder zusätzlich kann in bestimmten Ausgestaltungen vorgesehen sein, dass der für die Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung benötigte Bauraum in mindestens einer Raumrichtung gegenüber einer Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung mit gleichartiger Ionenstrahl-Quelle und mit einem symmetrischen Anschlusskasten um mehr als 1 cm, vorzugsweise um mehr als 5 cm, vorzugsweise um mehr als 10 cm, weiterhin vorzugweise um mehr als 15 cm geringer ist. Mit anderen Worten wird die Asymmetrie des Querschnitts des Anschlusskastens so gestaltet, dass sich die erforderliche Öffnungsbreite der für das senkrechte Eintauchen einer zum Substrat geneigt installierten Ionenstrahl-Quelle erforderlichen Kammeröffnung gegenüber der erforderlichen Öffnungsbreite derselben an ihrer Strahl-Symmetrieebene gespiegelten Ionenstrahl-Quelle reduziert.Alternatively or additionally, it can be provided in certain configurations that the installation space required for the ion beam generating device is in at least one spatial direction compared to an ion beam generating device with an ion beam source of the same type and with a symmetrical connection box by more than 1 cm, preferably by more than 5 cm, preferably by more less than 10 cm, preferably more than 15 cm less. In other words, the asymmetry of the cross-section of the connection box is designed in such a way that the required opening width of the chamber opening required for vertical immersion of an ion beam source installed inclined to the substrate is reduced compared to the required opening width of the same ion beam source mirrored at its beam symmetry plane.

Ein Grundgedanke der vorgeschlagenen Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung besteht darin, die Bauform des Anschlusskastens sowie die Medienanschlüsse zur Ionenstrahl-Quelle im Inneren des Anschlusskastens so zu gestalten, dass beim Einbau in die Anlagenkammer einer Substratbehandlungsanlage der Spielraum vergrößert wird hinsichtlich des Abstands der Ionenstrahl-Quelle zum Substrat mit dem Ziel geringerer Verschmutzung, einem größeren Ätzwinkel mit dem Ziel einer höheren Ätzrate, der Anzahl der in gleicher Anlagenlänge montierbaren Ionenquellen (z.B. zwei oder mehr geneigte Ionenstrahl-Quellen pro Deckel), mit dem Ziel einer Reduzierung der Anlagenlänge und der Anlagenkosten.A basic idea of the proposed ion beam generating device is to design the design of the connection box and the media connections to the ion beam source inside the connection box in such a way that when it is installed in the system chamber of a substrate treatment system, the latitude is increased with regard to the distance between the ion beam source and the substrate The aim of less contamination, a larger etching angle with the aim of a higher etching rate, the number of ion sources that can be mounted in the same system length (e.g. two or more inclined ion beam sources per cover), with the aim of reducing the system length and the system costs.

Ein weiterer Grundgedanke der vorgeschlagenen Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung besteht darin, den Anschlusskasten sowie die Medienzuführung der Ionenstrahl-Quelle so zu gestalten, dass die Ionenstrahl-Quelle in geneigter Einbaulage möglichst nah an der Kammerzarge und möglichst weit entfernt von der Substratebene angeordnet ist oder werden kann.Another basic idea of the proposed ion beam generating device is to design the junction box and the media feed of the ion beam source so that the ion beam source is or can be arranged in an inclined installation position as close as possible to the chamber frame and as far away as possible from the substrate plane.

Ein weiterer Grundgedanke der vorgeschlagenen Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung besteht darin, durch Reduzierung des benötigten Bauraumes die Ionenstrahl-Quelle beispielsweise bei gegebenem Einschusswinkel möglichst weit entfernt vom Substrat anzuordnen. Weiterhin lässt sich die Ionenstrahl-Quelle bei annähernd konstant gehaltenem kürzestem Abstand der Ionenstrahl-Quelle zum Substrat (also normal zum Substrat gemessen) stärker neigen. Auch eine Kombination ist möglich. Es besteht grundsätzlich mehr Freiraum in der Auslegung.A further basic idea of the proposed ion beam generating device consists in arranging the ion beam source as far away as possible from the substrate, for example with a given angle of incidence, by reducing the required installation space. Furthermore, the ion beam source can be inclined more strongly if the shortest distance between the ion beam source and the substrate is kept almost constant (i.e. measured normally to the substrate). A combination is also possible. There is basically more freedom in the design.

Die Verringerung der Verschmutzung skaliert bei einer linearen Ionenstrahl-Quelle (Dampfstreuung ausgeschlossen) annähernd mit 1/r. In einer Kammersektion (d.h. einem von Kammerschottwänden begrenzten Bereich innerhalb einer Anlagenkammer) mit ca. 840 mm Breite lässt sich z.B. eine mittlere Strahllänge von ca. 220 mm realisieren. Durch Modifikation des Anschlusskastens lässt sich dieser Abstand im genannten Beispiel um bis zu 100 mm vergrößern. Dies impliziert eine Reduzierung der Dampfbelastung um ca. 30% und eine entsprechende Verlängerung der Kampagnendauer, d.h. der ununterbrochenen Betriebszeit bis zu einer notwendigen Reinigung.The reduction in pollution scales with a linear ion beam source (vapor scattering excluded) approximately with 1 / r. In a chamber section (ie an area within a system chamber delimited by chamber bulkheads) with a width of approx. 840 mm, an average beam length of approx. 220 mm can be achieved, for example. By modifying the connection box, this distance can be increased by up to 100 mm in the example mentioned. This implies a reduction in the steam load by approx. 30% and a corresponding increase in the duration of the campaign, ie the uninterrupted operating time until cleaning is necessary.

Nachfolgend werden Aspekte der vorgeschlagenen Verbesserungen anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen

  • 1 eine bekannte Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung,
  • 2 eine Einbausituation einer bekannten Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung in einer Anlagenkammer,
  • 3 eine modifizierte Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung in derselben Einbausituation,
  • 4 die Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung gemäß 3 bei alternativem Einbau, und
  • 5 verschiedene Vorschläge für Querschnitte modifizierter Anschlusskästen.
Aspects of the proposed improvements are explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments and associated drawings. Show in it
  • 1 a known ion beam generating device,
  • 2 an installation situation of a known ion beam generating device in a plant chamber,
  • 3 a modified ion beam generating device in the same installation situation,
  • 4th the ion beam generating device according to 3 with alternative installation, and
  • 5 various proposals for cross-sections of modified junction boxes.

1 zeigt eine bekannte Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung mit einer Ionenstrahl-Quelle 1, die einen Ionenstrahl 13 in Form eines sogenannten Racetrack erzeugt und an einer Vorderseite 11 mit einer mittleren Abstrahlrichtung 14 abgibt, und einen Anschlusskasten 2, der an einer der Vorderseite 11 der Ionenstrahl-Quelle 1 gegenüberliegenden Rückseite 12 der Ionenstrahl-Quelle 1 angebracht ist und in dem Medienanschlüsse zur Versorgung der Ionenstrahl-Quelle 1 mit elektrischer Energie oder/und Arbeitsgas oder/und Kühlmittel angeordnet sind, wobei der Anschlusskasten 2 symmetrisch gestaltet ist. Die Ionenstrahl-Quelle 1 ist langgestreckt, wobei ihre Längsachse senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Die mittlere Abstrahlrichtung 14 und die Längsachse der Ionenstrahl-Quelle 1 spannen eine Strahl-Symmetrieebene 15 auf. Zu dieser Strahl-Symmetrieebene 15 ist der aus Außenwänden 21 gebildete Anschlusskasten 2 symmetrisch. 1 shows a known ion beam generating device with an ion beam source 1 who have favourited an ion beam 13th generated in the form of a so-called racetrack and on a front 11 with a central direction of radiation 14th and a junction box 2 that is at one of the front 11 the ion beam source 1 opposite back 12th the ion beam source 1 is attached and in which media connections for supplying the ion beam source 1 are arranged with electrical energy and / or working gas and / or coolant, wherein the connection box 2 is designed symmetrically. The ion beam source 1 is elongated, with its longitudinal axis running perpendicular to the plane of the drawing. The middle direction of radiation 14th and the longitudinal axis of the ion beam source 1 span a ray plane of symmetry 15th on. To this ray plane of symmetry 15th is the one made from outside walls 21 formed junction box 2 symmetrical.

2 zeigt eine von Kammerwänden 31 begrenzte Anlagenkammer 3, deren obere Kammerwand 31 eine Kammeröffnung 32 aufweist, die durch einen nicht dargestellten Kammerdeckel vakuumdicht verschließbar ist, an dem eine Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung gemäß 1 geneigt so angebracht ist, dass die mittlere Abstrahlrichtung 14 des Ionenstrahls 13 der Ionenstrahl-Quelle 1 schräg auf die Oberfläche des Substrats 4 gerichtet ist, das in einer horizontalen Substratebene in der Substrattransportrichtung 41 durch die Anlagenkammer 3 bewegt wird. 2 shows one of the chamber walls 31 limited system chamber 3 , whose upper chamber wall 31 a chamber opening 32 which can be closed in a vacuum-tight manner by a chamber cover (not shown) on which an ion beam generating device according to FIG 1 inclined so that the central radiation direction 14th of the ion beam 13th the ion beam source 1 obliquely on the surface of the substrate 4th is directed, which is in a horizontal substrate plane in the substrate transport direction 41 through the system chamber 3 is moved.

In 3 ist dieselbe Einbausituation für eine Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung gezeigt, bei der der Anschlusskasten 2 bezüglich einer Strahl-Symmetrieebene 15, die durch eine Längsachse der Ionenstrahl-Quelle 1 und eine mittlere Abstrahlrichtung 14 der Ionenstrahl-Quelle 1 aufgespannt ist, asymmetrisch gestaltet ist.In 3 the same installation situation for an ion beam generating device is shown in which the junction box 2 with respect to a ray symmetry plane 15th passing through a longitudinal axis of the ion beam source 1 and a central direction of radiation 14th the ion beam source 1 is stretched, is designed asymmetrically.

Die asymmetrische Gestaltung des Anschlusskastens 2 ist dabei durch Beschneidung einer gedachten, annähernd symmetrischen Grundkontur des Anschlusskastens 2 erzeugt, wobei eine Außenwand 21 des Anschlusskastens 2 schräg gegenüber allen anderen Außenwänden 21 ausgeführt ist.The asymmetrical design of the connection box 2 is by trimming an imaginary, approximately symmetrical basic contour of the connection box 2 generated, with an outer wall 21 of the connection box 2 diagonally across from all other external walls 21 is executed.

Im Vergleich mit 2 ist erkennbar, dass für den kollisionsfreien Einbau dieser Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung eine wesentlich kleinere minimale Breite der Kammeröffnung 32 benötigt wird.In comparison with 2 it can be seen that for the collision-free installation of this ion beam generating device, a significantly smaller minimum width of the chamber opening 32 is needed.

4 zeigt, wie sich diese Einbausituation verändern würde, wenn die Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung gemäß 3 an ihrer Strahl-Symmetrieebene 15 gespiegelt eingebaut würde. Die benötigte minimale Breite der Kammeröffnung 31 wäre in diesem Fall bedeutend größer. 4th shows how this installation situation would change if the ion beam generating device according to FIG 3 at their ray symmetry plane 15th would be built in mirrored. The required minimum width of the chamber opening 31 would be significantly larger in this case.

In 5 sind verschiedene Varianten vorschlagsgemäß modifizierter Ionenstrahlerzeugungsvorrichtungen dargestellt, bei denen jeweils der Anschlusskasten 2 bezüglich einer Strahl-Symmetrieebene 15, die durch eine Längsachse der Ionenstrahl-Quelle 1 und eine mittlere Abstrahlrichtung 14 der Ionenstrahl-Quelle 1 aufgespannt ist, asymmetrisch gestaltet ist.In 5 various variants of ion beam generating devices modified according to the proposal are shown, in each of which the junction box 2 with respect to a ray symmetry plane 15th passing through a longitudinal axis of the ion beam source 1 and a central direction of radiation 14th the ion beam source 1 is stretched, is designed asymmetrically.

Während die 5A bis 5D jeweils Varianten zeigen, bei denen die asymmetrische Gestaltung des Anschlusskastens 2 durch Beschneidung einer gedachten, annähernd symmetrischen Grundkontur des Anschlusskastens 2 erzeugt ist, wobei Außenwände 21 des Anschlusskastens 2 schräg oder gebogen ausgeführt sind, zeigt 5E eine Variante, bei der die asymmetrische Gestaltung des Anschlusskastens 2 durch Verschiebung mehrerer Außenwände 21 einer gedachten, annähernd symmetrischen Grundkontur des Anschlusskastens 2 erzeugt ist, so dass sich in einem an die Strahl-Symmetrieebene 15 angrenzenden Halbraum ein größerer Querschnittsanteil des Anschlusskastens 2 befindet als in dem anderen Halbraum.While the 5A until 5D each show variants in which the asymmetrical design of the connection box 2 by trimming an imaginary, approximately symmetrical basic contour of the connection box 2 is generated, with external walls 21 of the connection box 2 are inclined or curved, shows 5E a variant in which the asymmetrical design of the connection box 2 by moving several external walls 21 an imaginary, approximately symmetrical basic contour of the connection box 2 is generated so that in one at the ray plane of symmetry 15th adjacent half-space a larger cross-sectional proportion of the connection box 2 than in the other half-space.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Ionenstrahl-QuelleIon beam source
1111
Vorderseitefront
1212th
Rückseiteback
1313th
IonenstrahlIon beam
1414th
mittlere Abstrahlrichtungmiddle direction of radiation
1515th
Strahl-SymmetrieebeneRay plane of symmetry
22
AnschlusskastenJunction box
2121
AußenwandOuter wall
33
AnlagenkammerPlant chamber
3131
KammerwandChamber wall
3232
KammeröffnungChamber opening
44th
SubstratSubstrate
4141
SubstrattransportrichtungSubstrate transport direction

Claims (11)

Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung, umfassend mindestens eine Ionenstrahl-Quelle (1), die einen Ionenstrahl (13) erzeugt und an einer Vorderseite (11) abgibt, und einen Anschlusskasten (2), der an einer der Vorderseite (11) der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) gegenüberliegenden Rückseite (12) der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) angebracht ist und in dem Medienanschlüsse zur Versorgung der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) mit elektrischer Energie oder/und Arbeitsgas oder/und Kühlmittel angeordnet sind, wobei der Anschlusskasten (2) bezüglich einer Strahl-Symmetrieebene (15), die durch eine Längsachse der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) und eine mittlere Abstrahlrichtung (14) der mindestens einen Ionenstrahl-Quelle (1) aufgespannt ist, asymmetrisch gestaltet ist und wobei die mindestens eine Ionenstrahl-Quelle (1) mit dem Anschlusskasten (2) im Inneren der Anlagenkammer (3) angeordnet ist.Ion beam generating device, comprising at least one ion beam source (1) which generates an ion beam (13) and emits it on a front side (11), and a connection box (2) which is connected to one of the front side (11) of the at least one ion beam source ( 1) the opposite rear side (12) of the at least one ion beam source (1) is attached and in which media connections for supplying the at least one ion beam source (1) with electrical energy and / or working gas and / or coolant are arranged, the junction box (2) is designed asymmetrically with respect to a beam symmetry plane (15) which is spanned by a longitudinal axis of the at least one ion beam source (1) and a central emission direction (14) of the at least one ion beam source (1), and the at least one ion beam source (1) with the connection box (2) is arranged in the interior of the system chamber (3). Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die asymmetrische Gestaltung des Anschlusskastens (2) durch Beschneidung einer gedachten, annähernd symmetrischen Grundkontur des Anschlusskastens (2) erzeugt ist.Ion beam generating device according to Claim 1 , the asymmetrical design of the connection box (2) being produced by trimming an imaginary, approximately symmetrical basic contour of the connection box (2). Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die asymmetrische Gestaltung des Anschlusskastens (2) durch Verschiebung einer oder mehrerer Außenwände (21) einer gedachten, annähernd symmetrischen Grundkontur des Anschlusskastens (2) erzeugt ist.Ion beam generating device according to Claim 1 or 2 , the asymmetrical design of the connection box (2) being produced by shifting one or more outer walls (21) of an imaginary, approximately symmetrical basic contour of the connection box (2). Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die asymmetrische Gestaltung des Anschlusskastens (2) durch Neigung einer oder mehrerer Außenwände (21) einer gedachten, annähernd symmetrischen Grundkontur des Anschlusskastens (2) erzeugt ist.Ion beam generating device according to one of the Claims 1 until 3 , the asymmetrical design of the connection box (2) being produced by inclining one or more outer walls (21) of an imaginary, approximately symmetrical basic contour of the connection box (2). Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens eine Außenwand (21) des Anschlusskastens (2) schräg gegenüber allen anderen Außenwänden (21) oder gebogen ausgeführt ist.Ion beam generating device according to one of the Claims 1 until 4th , wherein at least one outer wall (21) of the connection box (2) is designed obliquely with respect to all other outer walls (21) or curved. Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Medienanschlüsse in einem an die Strahl-Symmetrieebene (15) angrenzenden Halbraum angeordnet sind, in dem sich ein größerer Querschnittsanteil des Anschlusskastens (2) befindet als in dem anderen Halbraum.Ion beam generating device according to one of the Claims 1 until 5 , wherein media connections are arranged in a half-space adjoining the beam symmetry plane (15) in which a larger cross-sectional portion of the connection box (2) is located than in the other half-space. Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei nicht potentialbehaftete Medienanschlüsse außerhalb des Anschlusskastens (2) zur Ionenstrahl-Quelle (1) geführt sind.Ion beam generating device according to one of the Claims 1 until 6th , whereby non-floating media connections are led outside the connection box (2) to the ion beam source (1). Substratbehandlungsanlage, umfassend eine Anlagenkammer (3), in der Anlagenkammer (3) angeordnete Mittel zum Halten oder/und Transportieren von Substraten (4) in einer Substratebene sowie mindestens eine in der Anlagenkammer (3) angeordnete Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.Substrate treatment system, comprising a system chamber (3), means arranged in the system chamber (3) for holding and / and transporting substrates (4) in a substrate plane and at least one ion beam generating device arranged in the system chamber (3) according to one of the Claims 1 until 7th . Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 8, wobei mindestens eine Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung so angeordnet ist, dass ihre mittlere Abstrahlrichtung (14) mit der Substratebene einen von 90° verschiedenen Winkel einschließt.Substrate treatment plant after Claim 8 , wherein at least one ion beam generating device is arranged in such a way that its mean emission direction (14) encloses an angle different from 90 ° with the substrate plane. Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Substratebene horizontal ausgerichtet ist, die Anlagenkammer (3) an ihrer Oberseite eine durch einen Kammerdeckel verschließbare Kammeröffnung (32) aufweist und mindestens eine Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung an mindestens einem Kammerdeckel angebracht ist.Substrate treatment plant after Claim 8 or 9 wherein the substrate plane is aligned horizontally, the system chamber (3) has on its top a chamber opening (32) that can be closed by a chamber cover and at least one ion beam generating device is attached to at least one chamber cover. Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der für die Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung benötigte Bauraum in mindestens einer Raumrichtung gegenüber einer Ionenstrahlerzeugungsvorrichtung mit gleichartiger Ionenstrahl-Quelle (1) und mit einem symmetrischen Anschlusskasten (2) um mehr als 1 cm, vorzugsweise um mehr als 5 cm, weiter vorzugsweise um mehr als 10 cm geringer ist.Substrate treatment plant according to one of the Claims 8 until 10 , the space required for the ion beam generating device in at least one spatial direction compared to an ion beam generating device with an ion beam source of the same type (1) and with a symmetrical connection box (2) by more than 1 cm, preferably by more than 5 cm, more preferably by more than 10 cm less.
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