DE3413001A1

DE3413001A1 - Katodenzerstaeubungsanlage mit nebeneinander angeordneten stationen

Info

Publication number: DE3413001A1
Application number: DE19843413001
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 6452 Hainburg Mahler
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1984-04-06
Publication date: 1985-10-17
Also published as: US4595483A; FR2562560B1; GB2156862A; JPS60230980A; DE3413001C2; GB8508836D0; GB2156862B; FR2562560A1

Description

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LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

D-5000 Köln - 51

Katodenzerstäubungsanlage mit nebeneinander angeordneten Stationen "

Die Erfindung betrifft eine Katodenzerstäubungsanlage mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten Stationen, unter denen sich eine Chargierstation, eine Ätzstation und eine Beschichtungsstation befinden, mit einer Vakuumkammer, mindestens einer Zerstäubungskatode und einem zwischen den Stationen hin und her beweglichen Substratträger.

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Bei einer solchen Katodenzerstäubungsanlage kann dabei die Chargierstation mit der Ätzstation übereinstimmen, so daß die Anlage insgesamt nur zwei Stationen besitzt.

Durch die DE-OS 29 32 483 ist eine Katodenzerstäubungsanlage mit drei Stationen bekannt, bei der eine entsprechende Zahl von Substrathaltern auf einer Kreisscheibe angeordnet ist, die um eine konzentrische Achse nach Art eines Karussells drehbar ist. Hierbei ist jedoch kein Kühlmittelkreislauf zu den einzelnen Substratträgern vorgesehen, so daß die Einhaltung eines bestimmten Temperaturpegels während der einzelnen Behandlungsvorgänge praktisch nicht möglich ist. Außerdem ist es bei derartigen Anlagen praktisch unmöglich, eine Querkontamination zwischen den einzelnen Stationen zu unterbinden, weil die Anbringung von Schleusenventilen zwischen den einzelnen Stationen aus konstruktiven Gründen nicht möglich ist. Es ist also insbesondere nicht möglich, beispielsweise die Chargierstation zu öffnen und gleichzeitig die benachbarte Beschichtungsstation in Betrieb zu halten.

Zum Stande der Technik gehören weiterhin Katodenzerstäubungsanlagen, die aus sogenannten Moduleinheiten zusammengesetzt sind. Hierbei sind mehrere Stationen durch jeweils eine eigene Vakuumkammer abgegrenzt, und eine Reihenanordnung derartiger Vakuumkammern ist durch Schleusenventile untereinander sowie an beiden Enden der Anlage gegenüber der Atmosphäre abgegrenzt. Hiermit ist ein quasi-kontinuierlicher Betrieb möglich,

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und auch eine Querkontamination wird durch die Schleusenventile verhindert. Die Substrate werden durch plattenförmige Substratträger, die auf Rollen gelagert sind, mittels einer Linearbewegung durch sämtliche Stationen hindurchbewegt. Hierbei ist es jedoch schwierig, die Substrate ausreichend zu kühlen, weil es beispielsweise wegen der Schleusenventile nicht möglich ist, den fahrbaren Substratträger permanent an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen zu halten. Man hat sich daher bei solchen Anlagen so beholfen, daß man den Substratträger in den einzelnen Stationen auf stationären Klihlplatten abgesetzt hat. Eine derartige Kühlung ist jedoch für bestimmte, wärmeempfindliche Produkte unzulänglich und insbesondere praktisch nicht reproduzierbar.

'Zur Frage der Substratkühlung sei ausgeführt, daß man Substrate, die innerhalb sehr enger Grenzen auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden müssen, mittels einer wärmeleitfähigen Masse auf den Substratträger aufkleben, so daß zwischen diesen beiden Teilen ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Durch das Auflegen eines fahrbaren Substratträgers auf stationäre Kühlplatten, die ihrerseits mit einem Kühlmittelkreislauf versehen sind, entsteht in der Kette des Wärmetransports jedoch ein sehr schwaches Glied, d.h. die Wärmeübergänge zwischen dem Substratträger und der Kühlplatte sind wieder nicht reproduzierbar, und ein relativ hoher Temperaturgradient ist die Folge. Die Unterbrechung des Wärmetransports durch einen mehr oder weniger engen Luft-

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spalt ist insbesondere dann kritisch, wenn zwei Behandlungsvorgänge in benachbarten Stationen unmittelbar aufeinanderfolgen, die beide mit einer Wärmebelastung der Substrate verbunden sind.

Eine Wärmebelastung der Substrate ist insbesondere bei sogenannten Plasmaprozessen unvermeidbar, die die Grundlage eines Katodenzerstäubungsvorganges sowie eines Plasma-Ätzvorganges sind. Dabei ist die Wärmebelastung bei sogenannten Diodensystemen wegen der längeren Prozeßdauer größer, als bei sogenannten Magnetron-Katoden, bei denen die Plasmaentladung auf einen engen Bereich der Katoden- bzw. Targetoberflache begrenzt ist. Allein durch die wesentlich kürzere Beschichtungsdauer bei Magnetronkatoden, bei denen die Zerstäubungsrate um den Faktor 10 bis 30 größer ist, entsteht eine geringere Wärmebelastung. Für zahlreiche Prozesse, bei denen es auf eine hohe Schichtgleichförmigkeit ankommt, sind jedoch Magnetronkatoden wegen des örtlich begrenzten Zerstäubungsvorganges nicht oder nur unter komplizierten Betriebsbedingungen brauchbar, so daß für diese Fälle nach wie vor die sogenannte Dioden-Zerstäubung angewandt wird. Ein Dioden-Prozeß liegt auch beim sogenannten Plasma-Ätzen vor, bei denen der Substrattrager mit den Substraten gegenüber der Vakuumkammer isoliert und mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden ist. In diesem Fall kehrt sich die Zerstäubungsrichtung um, und das von den Substraten durch den Ätzprozeß abzutragende Material wandert in Richtung auf eine Auffängerplatte in der Ätzstation. Auch dieser

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Vorgang ist mit einer starken Wärmebelastung der Substrate verbunden, da die Plasmaentladung in diesem Falle unmittelbar auf die Substratoberfläche einwirkt. Grundsätzlich ist zwar auch das Ätzen unter Magnetfeldeinwirkung möglich, jedoch überwiegen hierbei in der Praxis aus Gleichförmigkeitsgründen die sogenannten Diodenprozesse.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Katodenzerstäubungsanlage der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend zu verbessern, daß die Substrate auf ihrem Weg durch die einzelnen Stationen ständig und unter reproduzierbaren Bedingungen gekühlt werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Katodenzerstäubungsanlage erfindungsgemäß dadurch, daß der Substratträger mittels eines Auslegers exzentrisch an einer durch die Vakuumkammer hindurchgeführten Drehlagerung befestigt ist und daß durch die Drehlagerung hindurch ein Kühlmittelkreislauf bis in die Substratträger geführt ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die bei derartigen Katodenzerstäubungsanlagen übliche Linearbewegung des Substratträgers durch eine Schwenkbewegung auf einer Kreisbahn um die Drehlagerung ersetzt, und die Drehlagerung kann zur standigen Verbindung des Substratträgers mit der Kühlmittelquelle verwendet werden. Es ist in diesem Falle möglich, den Substratträger nicht nur in sämtlichen Stationen, sondern auch auf seinem

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Transportweg von der einen zu anderen Station ständig gekühlt zu halten und hierbei den innigen Wärmekontakt der Substrate mit dem Substratträger und dem Kühlmittelkreislauf aufrechtzuerhalten, beispielsweise durch Verkleben mittels einer wärmeleitfähigen Masse.

Es ist damit gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn der Substratträger gegenüber der Vakuumkammer isoliert gelagert und an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist.

In einem solchen Fall läß.t sich in besonders einfacher Weise die Chargierstation als Stzstation verwenden. Durch Beaufschlagung des Substratträgers mit Hochfrequenz und durch das Oberflächenverhältnis des Substratträgers zu den gegenüberliegenden Wandflächen der Chargierstation werden diese Wandflächen wirkungsmäßig zur Anode, und die Substrate lassen sich durch den dabei auftretenden Plasmaprozeß ätzen. Insbesondere der Chargierdeckel kann dabei die Anodenfunktion übernehmen und als Aufhänger für das abgeätzte Material dienen. Zu diesem Zweck wird der Chargierdeckel bevorzugt mit einer auswechselbaren Platte versehen.

Es ist wiederum besonders vorteilhaft, wenn die Vakuumkammer quaderförmig ausgebildet ist und in ihrer oberen Kammerwand zwei kreisförmige Ausnehmungen aufweist, von denen die eine durch die Zerstäubungskatode und die andere durch den bereits beschriebenen Chargierdeckel verschließbar ist und wenn die Achse der Drehlagerung in einer zwischen den Ausnehmungen verlaufenden senkrechten SymmetHeebene liegt.

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Eine solche Maßnahme erlaubt bei einem seitlichen Ausschwenken des Chargierdeckels eine leichte Beschickung des Substratträgers in der Chargierstation von oben. Anlagenteile sind auch in der Beschichtungsstation nach einer Demontage der Zerstäubungskatode leicht zugäng-1 ich.

Durch den Erfindungsgegenstand ist es auch in besonders einfacher Weise möglich, die Dauerkühlung der Substrate auch dann aufrechtzuerhalten, wenn die einzelnen Stationen durch ein Ventil voneinander trennbar sind.

Dies geschieht gemäß einer wiederum weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch, daß zwischen den beiden Stationen eine Trennwand mit einem Ventilsitz und einem ersten Ventilverschluß angeordnet ist und wenn der Ausleger einen zweiten Ventilverschluß aufweist, der beim Einschwenken des Substratträgers in die Beschichtungsstation auf dem Ventilstiz zur Auflage bringbar ist.

In diesem Fall hat der Substratträger zusätzlich eine Ventilfunktion, wobei natürlich vorausgesetzt wird, daß der erste Ventilverschluß in eine Position bewegt wird, daß er den zweiten Ventilverschluß nicht behindert. Der Kühlmittelkreislauf läßt sich hierbei ununterbrochen aufrechterhalten, und eine Querkontamination zwischen den einzelnen Behandlungstationen ist absolut ausgeschlossen.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegen· Standes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigen:
Figur 1

Figur 2

Figur 3

Figuren 4
und 5

eine perspektivische Ansicht einer Katodenzerstäubungsanlage mit zwei Stationen bei ausgeschwenktem Chargierdeckel und ausgeschwenkter Zerstäubungskatode,

einen Teilschnitt durch den Gegenstand van Figur 1, jedoch bei eingeschwenktem Chargierdeckel und eingeschwenkter Zerstäubungskatode während des Beschichtungsvorganges, bei dem sich der Substratträger unterhalb der Zerstäubungskatode befindet,

eine perspektivische Darstellung einer Variante des Gegenstandes nach Figur 1, bei der die beiden Stationen durch eine Trennwand mit einem Ventil gegeneinander absperrbar sind, und

Draufsichten auf den Gegenstand nach Figur mit den beiden möglichen Endstellungen von Substratträger und Ventilverschluß.

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In Figur 1 ist eine Katodenzerstäubungsanlage 1 mit zwei nebeneinander liegenden Stationen 2 und 3 dargestellt, von denen die Station 2 gleichzeitig Chargierstation und Ätzstation ist, während die Station 3 eine Beschichtungsstation darstellt. Diese Stationen sind Teil einer quaderförmigen Vakuumkammer 4, deren obere Kammerwand 5 zwei kreisförmige Ausnehmungen 6 und 7 aufweist. Die eine ist durch einen Chargierdeckel 8 verschließbar, der mittels eines Hubantriebes 9 und eines Drehantriebes 10 über einen Hebelarm 11 seitlich ausschwenkbar ist.

Die andere kreisförmige Ausnehmung 7 ist durch eine Zerstäubungskatode 12 verschließbar, die zusammen mit ihrem Impedanz-Anpassungsnetzwerk 13 auf einem Dichtflansch 14 angeordnet ist, der um eine exzentrische Achse 15 schwenkbar ist.

Zwischen den Ausnehmungen 6 und 7 kann man sich in Bezug auf diese Ausnehmungen eine senkrechte Symmetrieebene denken, die in etwa durch die Traverse 16 ver- läuft, die zur Versteifung der oberen Kammerwand 5 dient. In dieser Symmetrieebene ist die senkrechte Achse einer Drehlagerung 17 angeordnet, die isoliert durch die untere Kammerwand 18 der Vakuumkammer 4 hindurchgeführt ist. Das untere Ende der Drehlagerung ist hier nicht sichtbar; es befindet sich in einem Gehäuse 19, in dem ein weiteres Impedanzanpassungsnetzwerk untergebracht ist.

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An der Drehlagerung 17 ist ein radialer Ausleger befestigt, der mit einem Substratträger 21 verbunden ist. Der Substratträger 21 befindet sich im dargestellten Fall koaxial unterhalb der Ausnehmung 6, so daß die einzelnen aufgelegten Substrate 22 sichtbar sind. Wird der Chargierdeckel 8 nunmehr durch eine Schwenkung entgegen dem Uhrzeigersinn über die Ausnehmung 6 geschwenkt und bis zur Herstellung einer vakuumdichten Verbindung abgesenkt, so kann in der Station 2 ein Ätzvorgang durchgeführt werden, für den der an die Drehlagerung 17 angeschlossene Hochfrequenzgenerator die erforderliche Energie liefert.

Nach diesem Ätzvorgang läßt sich der Substratträger mittels der Drehlagerung 17 im Uhrzeigersinne so weit verschwenken, daß er unter der Ausnehmung 7 und koaxial hierzu zu liegen kommt. Bei eingeschwenkter Zerstäubungskatode 12 ist in dieser Position ein Beschichtungsvorgang der Substrate 22 möglich.

Im vorliegenden Fall ist in der Ausnehmung 7 noch eine Kreisscheibe 23 sichtbar, die als Vorzerstäubungsplatte dient. Auf diese Kreisscheibe lassen sich zu Beginn des Beschichtungsvorganges die Verunreinigungen von der Oberfläche der Zerstäubungskatode 12 niederschlagen. Um anschliessend den Weg für den Substratträger 21 freizugeben, ist die Kreisscheibe 23 an einem Hubantrieb 24 befestigt, mit dem die Kreisscheibe soweit abgesenkt werden kann, daß der Substratträger knapp oberhalb über die Kreisscheibe bewegt werden kann.

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In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es ist in Verbindung mit Figur 1 zu erkennen, daß der Substratträger 21 als im wesentlichen zylindrischer Hohlkörper ausgeführt ist, in dem an seiner Oberseite eine mit Kühlkanälen 25 versehene Auflageplatte 26 eingesetzt ist. Diese Auflageplatte besitzt eine Anzahl nicht näher bezeichneter kreisscheibenförmiger Ausnehmungen, die für eine Positionierung der Substrate 22 in einer Lage gemäß Figur 1 vorgesehen sind. Von den Kühlkanälen 25 führt ein Kühlmittelkreislauf 27, der hier nur durch eine doppe! abgewinkelte Leitung symbolisiert ist, aber natürlich aus zwei Leitungen für den Hin- und Rückfluß besteht, entweder zu einem Wärmetauscher oder zu einem Abfluß. Unter "Kühlmittelkreislauf" wird jegliche Führung eines flüssigen Kühlmittels durch den Substratträger 21 verstanden.

Es ist erkennbar, daß der Kühlmittelkreislauf 27 durch die Drehlagerung 17 hindurchgeführt ist. Ferner ist zu erkennen, daß die Kreisscheibe 23 in einer gegenüber Figur 1 abgesenkten Position dargestellt ist, so daß zwischen ihr und der Ausnehmung 7 ausreichend Platz für das Einschwenken des Substratträgers 21 ist. Die Zerstäubungskatode 12 besitzt auf ihrer Unterseite eine gleichfalls nicht näher bezeichnete Targetplatte aus dem zu zerstäubenden Beschichtungswerkstoff, und zwar ist die Oberfläche

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dieser Targetplatte parallel zur Auflageplatte 26 ausgerichtet. Auch die Zerstäubungskatode 12 ist an einen Kühlmittelkreislauf 28 angeschlossen, von dem nur ein Leitungszweig dargestellt ist.

In den Figuren 1 und 2 ist noch ein Saugstutzen 29 für die Evakuierung des Systems sowie ein Traggestell 30 gezeigt.

Figur 3 zeigt eine gegenüber den Figuren 1 und 2 modifizierte Katodenzerstäubungsanlage 31 mit gleichfalls zwei Stationen 2 und 3 mit gleicher Funktion wie in Figur 1. Der Chargierdeckel 8 und die Zerstäubungskatode 12 sind nur sehr schematisch dargestellt. Im vorliegenden Fall ist für die Verbindung des Substratträgers 21 mit der Drehlagerung 17 und für die Hindurchführung des Kühlmittelkreislaufs ein anders geformter Ausleger 32 vorhanden, der in einer waagrechten Ebene abgewinkelt ausgebildet ist (Figuren 4 und 5). Zwischen den beiden Stationen und 3 befindet sich eine Trennwand 33 mit einem ersten Venti!Verschluß 34, der durch eine quadratische Platte gebildet wird. Dieser Ventilverschluß wirkt mit einem Ventilsitz 35 -^zusammen, dessen Umriß in etwa dem Umriß des Ventilverschlusses 34 entspricht. Ein mit dem ersten Ventil Verschluß 34 kongruenter zweiter Ventil-Verschluß 36 ist in einer solchen räumlichen Lage an dem abgewinkelten Ausleger 32 befestigt, daß er beim Einschwenken des Substratträgers 21 aus der Station 2 (Figur 4) in die Station 3 (Figur 5) auf dem Ventilsitz 35 vakuumdicht zur Auflage kommt. Dadurch

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ist jede Querkontamination zwischen den Stationen 2 und 3 ausgeschlossen.

Es ist erkennbar, daß der abgewinkelte Ausleger 32 den zweiten Ventilverschluß 36 durchdringt. Infolgedessen wird auch der nicht näher bezeichnete Kühlmittelkreislauf durch den zweiten Ventilverschluß hindurchgeführt, so daß der Kühlmittelkreislauf sowohl in der Station 2 als auch in der Station 3 sowie beim Transport zwischen den beiden Stationen aufrechterhalten werden kann. Die Transportbewegung ist durch die beiden Kreisbögen in den Figuren 4 und 5 symbolisiert.

Als wärmeleitfähigen Massen kommen z.B. niedrigschmelzende Metalle (Gallium; SMP = 28,6 ⁰C) oder Legierungen (Indium/Gallium; SMP = 15,9 ⁰C) in Frage, aber auch organische Pasten, die mit gut wärmeleitfähigen MetallpulVern (Silber oder Aluminium) versetzt sind.

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Claims

84505 ANSPRÜCHE:

1. Katodenzerstäubungsanlage mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten Stationen, unter denen sich eine Chargierstation, eine Ätzstation und eine Beschichtungsstation befinden, mit einer Vakuumkammer, mindestens einer Zerstäubungskatode und einem zwischen den Stationen hin und her beweglichen Substratträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratträger (21) mittels eines Auslegers (20, 32) exzentrisch an einer durch die Vakuumkammer (4) hindurchgeführten Drehlagerung (17) befestigt ist und daß durch die Drehlagerung hindurch ein Kühlmittelkreislauf (27) bis in den Substratträger geführt ist.

2. Katodenzerstäubungsanlage nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daB der Substratträger (21) als im wesentlichen zylindrischer Hohlkörper ausgeführt ist, in den an seiner Oberseite eine mit Kühlkanälen (25) versehene Auflageplatte (26) eingesetzt ist.

3. Katodenzerstäubungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratträger (21) gegenüber der Vakuumkammer isoliert gelagert und an einen Hochfrequenzgenerator angeschlossen ist.

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4. Katodenzerstäubungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (4) quaderr förmig ausgebildet ist und in ihrer oberen Kammerwand (5) zwei kreisförmige Ausnehmungen (6, 7) aufweist, von denen die eine durch die Zerstäubungskatode (12) und die andere durch ein-en Chargierdeckel (8) verschließbar ist, und daß die Achse der Drehlagerung (17) in einer zwischen den Ausnehmungen (6, 7) verlaufenden, senkrechten Symmetrieebene liegt.

5. Katodenzerstäubungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Ausnehmung (7) für die Zerstäubungskatode (12) eine heb- und senkbare Kreisscheibe (23) als Vorzerstäubungsplatte angeordnet ist.

6. Katodenzerstäubungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Stationen (2, 3) eine Trennwand (33) mit einem Ventilsitz (35) und einem ersten Ventilverschluß (34) angeordnet ist und daß der Ausleger (32) einen zweiten Ventilverschluß (36) aufweist, der beim Einschwenken des Substratträgers (2t) in die Beschichtungsstation (3) auf dem Ventilsitz (35) zur Auflage bringbar ist.

7. Katodenzerstäubungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (32) in einer waagrechten Ebene abgewinkelt ausgebildet ist.