DE4312014A1

DE4312014A1 - Vorrichtung zum Beschichten und/oder Ätzen von Substraten in einer Vakuumkammer

Info

Publication number: DE4312014A1
Application number: DE4312014A
Authority: DE
Inventors: Peter Mahler; Wolfgang Stang
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1994-10-20
Also published as: JPH06330306A; US5468362A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten und/oder Ätzen von Substraten in einer Vakuumkammer, mit einer Beschichtungsquelle, beispielsweise einer ein Target aufweisenden Katode oder einer Ätzanode und einem gegenüber der Beschichtungsquelle bewegbaren Substrathalter, einer Stromversorgungseinrichtung und einer in dem Zwischenraum von Quelle und Substrat bewegbaren Platte oder Blende.

Bekannt sind Vorrichtungen der infragestehenden Art (EP 0 084 970) bei denen die Substrate auf einem polygonen Körper angeordnet sind, der um eine vertikale Achse schwenkbar am Deckel der Vakuumkammer gelagert ist. Eine derartige An ordnung des Substratträgers hat insbesondere den Nachteil, daß sich die Substrate nur unter Schwierigkeiten auf dem Substratträger befestigen bzw. von diesem entfernen lassen.

Bekannt ist auch ein Positionsgetriebe zum Winkelätzen von Substraten, insbesondere von Halbleiterscheiben (DD 2 25 451 A1), das in einer Vakuumkammer einer Trockenätzanlage ange ordnet und mit einem die Substrate haltenden Substratteller verbunden ist und den in einem Substrathalter integrierten Substratteller in eine im Hochvakuum befindliche Ätzposition von 0 Grad bis 90 Grad bewegt, wobei der Substrathalter weitere Schleusungs- und Bearbeitungspositionen in linearer Bewegungsrichtung nacheinander einnimmt, wobei am nichtätz winkelverstellbaren Teil des Substrathalters in einer Schwenkachse der schwenkbare Substratteller angebracht ist, wobei rechtwinklig zur Schwenkachse des Substrattellers eine Platte angeordnet ist, die eine Kurvenbahn enthält, wobei mit der Schwenkachse ein Element zur Übertragung einer Drehbe wegung fest verbunden ist, das mit einem weiteren, am nicht ätzwinkelverstellbaren Teil des Substrathalters drehbar an geordneten Übertragungselement in getrieblicher Verbindung steht und das in einem Abstand zu seiner Drehachse ein Ele ment besitzt, das in die Kurvenbahn der Platte eingreift, wobei die Kurvenbahn so gestaltet ist, daß der Substratteller beim Bewegen des Substrathalters im Bereich der Ätzposition in einem Winkel von 0 Grad und 90 Grad zur Ionenquellenachse geschwenkt wird, wobei der Mittelpunkt der Substratoberfläche in den verschiedensten Ätzstellungen ständig seine Lage im Ionenstrahl beibehält.

Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, außerordentlich kompliziert im Aufbau und damit sehr störanfällig zu sein, weshalb in einer älteren Patentanmeldung (P 43 05 748.9) die Aufgabe gelöst wurde, eine Vorrichtung zum Beschichten und/oder Ätzen von Substraten zu schaffen, bei der der Substratträger im Innern der Vakuumkammer so angeordnet und der Substrat träger so ausgebildet sind, daß der eigentliche Behandlungs prozeß bei senkrecht stehenden Substratflächen erfolgen kann. Darüberhinaus wird bei der Lösung nach der älteren Anmeldung die Gefahr einer Qualitätsminderung der beschichteten Flächen durch auf die Substrate rieselnde Flitter-Partikel vermieden, wobei die Katoden- bzw. Anodenanordnung besonders bequem zu warten bzw. der Austausch von Targets mühelos durchführbar ist.

Der Substrathalter ist dazu als ein im wesentlichen kreis zylindrischer Hohlkörper ausgeformt, dessen kreisscheiben förmige Stirnfläche mit einem Lagerzapfen versehen ist, der in einem an der Seitenwand der Vakuumkammer angeordneten Lager um eine horizontale Achse drehbar gehalten ist, wobei an der Mantelfläche des Hohlkörpers Halterungen für die Ar retierung der Substrate vorgesehen sind, die die zylindrische Mantelfläche des Hohlkörpers zumindest teilweise überdecken und wobei die Katode und/oder die Ätzanode dem Substrathalter gegenüberliegend in einer Ebene angeordnet sind, die sich horizontal und in der Ebene der Rotationsachse des Substrat halters erstreckt.

Bekannt ist auch eine Katodenzerstäubungsanlage mit nachein ander angeordneten Stationen (DE 34 13 001 C2) unter denen sich eine Chargierstation, eine Ätzstation und eine Be schichtungsstation befinden, mit einer Vakuumkammer, min destens einer Zerstäubungskatode und mit einem zwischen den Stationen hin- und herbeweglichen Substratträger, der mittels eines Auslegers exzentrisch an einer durch die Vakuumkammer hindurchgeführten Drehlagerung befestigt ist. Diese bekannte Anlage löst das Problem der Kühlung der Substrate auf ihrem Weg durch die einzelnen Stationen, verfügt jedoch auch über eine besondere Kreisscheibe, die als Vorzerstäubungsplatte dient, wobei sich auf ihr zu Beginn des Beschichtungsvor ganges die Verunreinigungen von der Oberfläche der Zerstäu bungskatode niederschlagen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der bekannten bzw. älteren Vorrichtungen mitein ander zu vereinen und eine Vorrichtung zu schaffen bei der sowohl eine bedienungsfreundliche Beschickung des Substrat trägers als auch ein besonders flitterfreier Prozeß, als auch ein Saubersputtern der Katode bzw. Ätzanoden möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Quelle an der Innenseite der Kammertür angeordnet ist und die Platte oder Blende zum Vorreinigen der Quelle mit Hilfe einer Hubeinrichtung von einer Ruheposition außerhalb des Wirk- oder Reaktionsbereichs aus, in einer Ebene parallel zur Ebene der Substrate, bis in eine Position bewegbar ist, in der die Blende die Substrate abdeckt, und die Quelle ausschließlich auf die Blende einwirkt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Patentan sprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung lädt die verschiedensten Ausführungsmöglich keiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeichnungen rein schematisch näher dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 die Vorrichtung nach der Erfindung in perspek tivischer Ansicht mit geöffneter Prozeßkammertür und abgesenkter Blende bzw. Vorreinigungsplatte,

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1, jedoch mit vor den Substratträger geschobener Blende,

Fig. 3 die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2, jedoch im Schnitt und mit geschlossener Prozeßkammertür und angehobener Blende,

Fig. 4 einen Schnitt quer durch die Prozeßkammer parallel der Ebene der Hubeinrichtung der Blende, entsprechend den Linien C-D gemäß Fig. 5,

Fig. 5 die Vorrichtung entsprechend der Darstellung nach Fig. 3, jedoch mit abgesenkter Blende und

Fig. 6 die Prozeßkammer in der Frontansicht und im Schnitt mit angehobener Vorreinigungsplatte (entsprechend den Linien A-B gemäß Fig. 3).

Wie aus den Figuren ersichtlich, besteht die Vorrichtung zum Beschichten von Substraten im wesentlichen aus einer von einer Tür 3 verschließbaren Vakuumkammer 4, deren Rückwand 5 mit Öffnungen 6 versehen ist, die mit den Saugstutzen von Vakuumpumpen 7 verbunden sind und einem trommelförmigen, einen prismatischen Hohlkörper bildenden Substrathalter 8 dessen beide Stirnwände 9, 9′, mit Zapfen 10, 10′ versehen sind, die in Lagerbohrungen in den Seitenwänden 12, 12′ ruhen, wobei der eine, über die eine Seitenwand 12 der Vakuumkammer 4 nach außen zu hervorstehende Zapfen 10 mit einer motorischen Antriebseinheit 15 in Wirkverbindung steht.

Dadurch, daß der Substrathalter 8 als prismatischer Hohlkör per ausgebildet ist, dessen Innenraum nur durch eine Längs bohrung 11 im Lagerzapfen 10 mit dem die Vorrichtung um gebenden Raum in Verbindung steht, ist auch die Stromzulei tung eines Anpassungsfletzwerkes (nicht näher dargestellt) unmittelbar an den Substrathalter bzw. an die auf diesen angeordneten Substraten 2, 2′, . . . anbringbar, so daß (nach dem Einlassen eines entsprechenden Prozeßgases in die Vakuumkammer 4) ein Ätzprozeß durchführbar ist.

Befindet sich der Substrathalter 8 in der in Fig. 5 darge stellten Position, dann stehen auch die Katoden 17, 17′ mit ihren Targets 18, 18′ den Substraten 2, 2′, . . . unmittelbar gegenüber, so daß ein Sputter-Beschichtungsprozeß erfolgen kann.

Durch die horizontale Anordnung des Substratträgers 8 bzw. der Rotationsachse r wird wirkungsvoll verhindert, daß Flitter, der sich im Umfeld der Substrate 2, 2′, . . . oder der Katoden 17, 17′ gebildet hat, auf die Substrate gelangen kann und so die Güte der aufgesputterten Schicht verringern kann.

Es ist klar, daß mit Hilfe der Antriebseinheit 15 der Sub strathalter 8 in jede beliebige Position gedreht werden kann, so daß das Bestücken mit Substraten oder das Entfernen der Substrate 2, 2′, . . . vollkommen mühelos und in beliebiger Stellung erfolgen kann.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, befindet sich unmittelbar vor dem Substrathalter 8 bzw. den Substraten 2, 2′, . . . eine flache, rechteckige Platte oder Blende 16, die mit Hilfe einer Hub hülse 20 (Fig. 4) vertikal bewegbar ist und dazu von Füh rungsstangen 13, 13′ gehaltene ist, die im unteren Teil der Vorrichtung in Hülsen 23, 23′ gelagert sind bzw. in diesen Hülsen gleiten.

Die Hubhülse 20 ist mit einer Gewindebohrung 26 versehen (Fig. 4), die mit einer Gewindestange 25 korrespondiert, die von einer Motor-Getriebeeinheit 22 antreibbar ist. Die Hubhülse 20 ist außerdem mit Hilfe eines Balgens 24 abgedichtet, so daß die Hubhülse 20 druckdicht durch eine Öffnung 27 im Boden der Vakuumkammer 4 hindurchgeführt ist. Die Platte oder Blende 16 ist mit ihrer unteren Schmalseite außerdem mit den Führungsstangen 13, 13′ fest verbunden, die in entsprechenden an ihren unteren Enden fest verschlossenen Hülsen 23, 23′ gehalten und geführt sind. In Fig. 6 sind die Führungsstangen 13, 13′ bzw. die Führungshülse 20 in ihrer ausgefahrenen Position gezeigt, d. h. die Platte 16 ist von diesen in die obere Position geschoben, in der sie die Substrate 2, 2′, . . . abdeckt und damit ein Verschmutzen der Substrate verhindert. Die Blende ermöglicht nun einen Reinigungsprozeß der Targetflächen 18, 18′, z. B. indem bei geschlossener Kammertür 3 und evakuierter Prozeßkammer 4 zunächst auf die Platte 16 gesputtert wird.

Bezugszeichenliste

2, 2′, . . . Substrat
3 Kammertür
4 Vakuumkammer
5 Rückwand
6 Öffnung
7 Vakuumpumpe
8 Substrathalter
9, 9′ Stirnwand
10, 10′ Zapfen
11 Längsbohrung
12, 12′ Seitenwand
13, 13′ Führungsstange
14 Spindel
15 Antriebseinheit
16 Platte, Blende
17, 17′ Beschichtungsquelle, Katode
18, 18′ Target
19, 19′ Halterung
20 Hubhülse
21, 21′ Abflachung
22 Motor-Getriebeeinheit
23, 23′ Hülse
24 Balg
25 Gewindestange
26 Gewindebohrung
27 Öffnung
28 obere Abdeckung, obere Blende
29 seitliche Abdeckung, seitliche Blende
30 Unterkante
31 Führungsbohrung

Claims

1. Vorrichtung zum Beschichten und/oder Ätzen von Sub straten (2, 2′, . . . ) in einer Vakuumkammer (4), mit einer Beschichtungsquelle, beispielsweise einer ein Target (18, 18′) aufweisenden Katode (17, 17′), einem gegenüber der Beschichtungsquelle bewegbaren Substrat halter (8), einer Stromversorgungseinrichtung und einer in den Zwischenraum von Quelle (17, 17′) und Substrat träger (8) bewegbaren Platte oder Blende (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (17, 17′) an der Innen seite der Kammertür (3) angeordnet ist und die Platte oder Blende zum Vorreinigen der Quelle mit Hilfe einer Hubeinrichtung (13, 13′, 20, 22, 25) von einer Ruheposi tion außerhalb des Wirk- oder Reaktionsbereichs der Quelle aus, in eine Ebene parallel zur Ebene der Sub strate (2, 2′, . . . ) bewegbar ist, in der die Blende (16) die Substrate (2, 2′, . . . ) abdeckt und die Quelle aus schließlich auf die Blende (16) einwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte oder Blende (16) mit ihrer unteren Schmal seite oder Kante (30) mit einer rohrförmigen an ihrem oberen Ende geschlossenen Hubhülse (20) verdrehsicher zusammenwirkt, die Oberseite mit ihrer Gewindebohrung (26) mit einer drehbar am Gestell der Vorrichtung gelagerten Gewindespindel oder Gewindestange (25) korrespondiert, und die Hubhülse (20) in einer Bohrung (31) in der Wand der Vakuumkammer (4) geführt ist, wobei die Hubhülse (20) mit einer Gleitdichtung oder einem Balgen (24) gegenüber der Bohrung (31) druckfest abgedichtet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Blende (16) eine vorzugsweise rechteckige Konfiguration aufweist und in der lotrechten Ebene von Stangen (13, 13′) gehalten und geführt ist, deren obere Enden jeweils an der unteren Kante (30) der Blende (16) angreifen, wobei die Stangen (13, 13′) ihrerseits in Hülsen (23, 23′) gleitend gelagert sind, die am unteren Wandteil der Vakuumkammer (4) abgestützt und gehalten sind und durch Bohrungen im unteren Wandteil hindurchgeführt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Platte oder Blende nach Art eines Fall beils in beiderseits des Substratträgers angeordneten lotrechten Nuten oder Profilschienen verschiebbar ge führt ist und von Seil- oder Kettenwinden auf- und ab bewegbar ist, die am oberen Teil der Vakuumkammer vor gesehen sind.