DD224878A1

DD224878A1 - METHOD FOR THE FULLY AUTOMATIC HANDLING OF SUBSTRATE DISCS IN A ION BEAM INSTALLATION SYSTEM

Info

Publication number: DD224878A1
Application number: DD26463184A
Authority: DD
Inventors: Rainer Schlenk; Frank Weser; Klaus Kurth
Original assignee: Hochvakuum Dresden Veb
Priority date: 1984-06-28
Filing date: 1984-06-28
Publication date: 1985-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollautomatischen Handhabung von Substratscheiben in einer Ionenstrahlaetzanlage. Die Substratscheiben werden insbesondere fuer mikroelektronische Bauelemente mittels eines Ionenstrahles in der Ionenstrahlaetzanlage bearbeitet. Es ist Aufgabe der Erfindung, die Handhabung der Substratscheiben derart zu gestalten, dass mit einer minimalen Anzahl von Verfahrensschritten eine vollautomatische Ionenstrahlaetzung fuer verschiedene Boeschungswinkel und eine Sekundaerionenbeschichtung der Substratscheiben ohne Zwischenbelueftung in einfacher Weise moeglich ist. Das erfindungsgemaesse Verfahren besteht darin, dass eine Substratscheibe mittels einer als aeusserer Schleusendeckel wirkenden Transporteinrichtung durch eine in der Vakuumkammerwand angebrachte Schleusenoeffnung auf einem in der Vakuumkammer befindlichen, als innerer Schleusendeckel wirkenden Substrathalter uebergeben wird, auf diesem waehrend des Bearbeitungsprozesses verbleibt und danach mittels der Transporteinrichtung wieder entnommen wird und dass der Substrathalter mit der Substratscheibe eine lineare Bewegung in Schleusenoeffnungsachse von der Schleuse weg und zurueck ausfuehrt und dabei nacheinander in Positionen fuer Ionenstrahlaetzen fuer verschiedene Boeschungswinkel und in Position fuer Sekundaerionenbeschichtung gebracht wird. Fig. 3The invention relates to a method for the fully automatic handling of substrate disks in an ion beam etching system. The substrate discs are processed in particular for microelectronic components by means of an ion beam in the ion beam. It is an object of the invention to design the handling of the substrate wafers in such a way that with a minimum number of process steps a fully automatic ion beam etching for different drilling angles and a secondary ion coating of the substrate wafers without intermediate ventilation is possible in a simple manner. The inventive method is that a substrate wafer by means of acting as an external lock cover transport device is passed through an attached in the vacuum chamber wall lock opening on an in-vacuum chamber, acting as an inner lock cover substrate holder, remains on this during the machining process and then by means of the transport again and that the substrate holder with the substrate wafer performs a linear movement in Schleusenoffnungsachse away from the lock and back and is thereby brought successively in positions for Ionenstrahlaetzen for different Boeschungswinkel and in position for Sekundaerionenbeschichtung. Fig. 3

Description

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Verfahren zur vollautomatischen Handhabung von Substratscheiben in einer IonenstrahlätzanlageMethod for the fully automatic handling of substrate disks in an ion beam etching system

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vollautomatischen Handhabung von Substratscheiben in einer Ionenstrahlätzanlage. Die Substratscheiben werden insbesondere für mikroelektronische Bauelemente mittels eines Ionenstrahles bearbeitet. Es ist mitunter auch erforderlich, die Substratscheiben nach dem Ätzen mittels Sekundärionenbeschichtung zu behandeln.The invention relates to a method for the fully automatic handling of substrate disks in an ion beam etching system. The substrate disks are processed in particular for microelectronic components by means of an ion beam. It may also be necessary to treat the substrate wafers after etching by secondary ion coating.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Ionenstrahlätzanlagen zur Bearbeitung von Substrat scheiben sind bekannt« Sie weisen eine als Bearbeitungskammer ausgebildete Vakuumkammer auf, an die eine Ionenstrahlquelle angeflanscht ist. Die Substratscheiben werden in die Vakuumkammer eingebracht, auf einen Substrathalter gelegt, bearbeitet und wieder aus der Vakuumkammer gebracht· So werden bei den Ionenstrahlätzanlagen gemäß Prospekt der Pa. Technics "MIM MICRO IOH MHLHG-Ionenstrahl-Atzanlagen¹¹ mehrere Scheiben manuell in die offene Vakuumkammer auf einen Substrathalter gelegt. Danach wird die Vakuumkammer verschlossen« Während des Bearbeitungsprozesses bleiben die Substratscheiben auf dem Substrathalter, der manuell schwenkbar ist, um das Ätzen verschiedener Böschungswinkel und eine Sekundärionenbeschichtung zu ermöglichen· Danach werden die Substratscheiben wieder manuell entnommen. Bei diesen Anlagen kann zwar der Bearbeitungsprozeß automatisch gesteuert ablaufen, jedoch ist keine automatische Handhabung Characteristics of the known technical solutions Ionstrahlätzanlagen for processing of substrate slices are known «they have designed as a processing chamber vacuum chamber to which an ion beam source is flanged. The substrate disks are introduced into the vacuum chamber, placed on a substrate holder, processed and brought back out of the vacuum chamber. Thus, in the case of the ion beam etching systems according to the prospectus, the Pa. Technics "MIM MICRO IOH MHLHG Ion Beam Etzers ¹¹ Place several slices manually in the open vacuum chamber on a substrate holder, then close the vacuum chamber." During the machining process, the substrate slices remain on the substrate holder, which can be manually swiveled to etch different bank angles and angles The substrate disks are then removed manually again, although in these systems the machining process can be controlled automatically, but no automatic handling is possible

der Substratscheiben möglich, und damit auch, keine vollautomatisierte Produktionsanlage realisierbar.the substrate discs possible, and thus, no fully automated production plant feasible.

In der DE-OS 24 30 462 ist eine Einrichtung zur automatischen Förderung von Werkstücken zu einer in einer Vakuumkammer befindlichen Bearbeitungsstation beschrieben, gemäß der eine Substratscheibe auf einen Substrathalter gelegt wird, der auf einer Hubvorrichtung aufliegt. Dazu ist eine Schleusenöffnung vorhanden und die Hubvorrichtung wirkt als innerer Schleusendeckel. Die Handhabung der Substratscheiben erfolgt derart, daß nach dem Auflegen der Subs-tratscheibe die Schleuse mittels eines äußeren Schleusendeckels verschlossen und die Hubvorrichtung abgesenkt wird. Der Substrathalter mit Substratscheibe wird mittels eines komplizierten Zangenmechanismusses innerhalb der Vakuumkammer von der Hubvorrichtung entnommen und der Bearbeitungsstation horizontal zugeführt· Danach wird der Substrathalter wieder der Hubvorrichtung zugeführt und die Scheibe durch die Schleuse entnommen. Mit dieser Anlage ist ebenfalls kein vollautostatischer Betrieb möglich, außerdem kein Schrägätzen für verschiedene Böschungswinkel und keine Sekundärionenbeschichtung der Substratscheiben·In DE-OS 24 30 462 a device for automatically conveying workpieces to a processing station located in a vacuum chamber is described, according to which a substrate wafer is placed on a substrate holder, which rests on a lifting device. For this purpose, a lock opening is present and the lifting device acts as an inner lock cover. The handling of the substrate wafers takes place in such a way that, after placing the subsquake disk, the lock is closed by means of an outer lock cover and the lifting device is lowered. The substrate holder with substrate wafer is removed by means of a complicated Zangenmechanismusses within the vacuum chamber of the lifting device and fed to the processing station horizontally · Thereafter, the substrate holder is fed back to the lifting device and the disc removed through the lock. Fully automatic operation is likewise not possible with this system, moreover no oblique etching for different angles of repose and no secondary ion coating of the substrate disks.

Durch die DE-OS 25 29 018 ist eine Einrichtung zur automatischen Einzelförderung von Werkstücken in eine unter Unterdruck stehende Bearbeitungsstation bekannt, wonach die Handhabung der Substratscheiben derart erfolgt, daß jeweils eine Substrat scheibe dem als innerer Schleusendeckel wirkenden Substrathalter mittels einer 'Transporteinrichtung zugeführt wird und der abgesenkt wird, nachdem ein äußerer separater Schleusendeckel die Abdichtung der Vakuumkammer übernommen hat, und auf dem die Substrat scheibe während des gesamten Bearbeitungsprozesses verbleibt. In der Vakuumkammer sind mindestens zwei Substrathalter angeordnet, so daß sich immer der eine in Schleusungsposition und derFrom DE-OS 25 29 018 a device for automatic single-conveyance of workpieces in a standing under negative pressure processing station is known, after which the handling of the substrate discs is such that each substrate disc is supplied to the acting as an inner lock cover substrate holder by means of a 'transport device and which is lowered after an outer separate lock cover has taken over the seal of the vacuum chamber, and on which the substrate disc remains during the entire machining process. In the vacuum chamber at least two substrate holders are arranged, so that always one in Schleusungsposition and the

andere in Bearbeitungsposition befindet. Die Substrathalter werden kreisförmig zu den einzelnen Positionen bewegt. Auf Grund des Handhabungsverfahrens für die Substrat scheiben, nach dem die Substrathalter die gleiche Lage in den einzelnen Positionen gleichzeitig einnehmen müssen, ist die Anwendung bei Ionenstrahlätzanlagen, bei denen Ätzen für verschiedene Böschungswinkel und Sekundärionenbeschichtung der Substratscheiben gefordert wird, nicht möglich.other is in machining position. The substrate holders are moved in a circle to the individual positions. Due to the substrate wafer handling process, after which the substrate holders must occupy the same position in the individual positions at the same time, the use in ion beam etching equipment, which requires etching for different angles of repose and secondary ion coating of the substrate disks, is not possible.

Bei einer Anlage zur Beschichtung von Substratscheiben gem· DS-OS 30 47 411 werden die Substratscheiben einzeln mittels einer Transporteinrichtung durch eine in der Vakuumkammerwand angeordneten Schleuse dem Substrathalter übergeben, wobei die !Transporteinrichtung gleichzeitig als äußerer Schleusendeckel wirkt· Die Vakuumkammer ist dabei innen durch einen inneren Schleusendeckel abgedichtet. Die Substratscheiben verbleiben während des gesamten Bearbeitungsprozesses auf dem ringförmigen Substrathalter, der diese den Bearbeitungsstationen kreisförmig zuführt· Das dieser DS-OS entnehmbare Verfahren zur vollautomatischen Handhabung der Substratscheiben kann ebenfalls bei Ionenstrahlätzanlagen, bei denen Ätzen für verschiedene Böschungswinkel möglich sein soll, nicht angewandt werden.In a system for coating substrate wafers in accordance with DS-OS 30 47 411, the substrate wafers are transferred individually to the substrate holder by means of a transport device through a lock arranged in the vacuum chamber wall, the transport device simultaneously acting as an outer lock cover sealed inside lock lid. The substrate disks remain on the annular substrate holder during the entire processing process, which feeds them circularly to the processing stations. The method for fully automatic handling of the substrate disks which can be removed from this DS-OS can likewise not be used in ion beam etching systems in which etching for different angles of repose is to be possible.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Handhabung von Substrat scheiben in einen Ionenstrahlätzanlage eine hochproduktive, vielseitig einsetzbare, vollautomatische Ionenstrahlätzanlage zu schaffen,The aim of the invention is to provide by means of the inventive method for handling substrate slices in a Ionenstrahlätzanlage a highly productive, versatile, fully automatic Ionenstrahlätzanlage,

Essence of the invention

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Handhabung der Substratscheiben derart zu gestalten, daß mit einer mini— malen Anzahl von Verfahrensschritten eine vollautomatischeThe object of the invention is to design the handling of the substrate wafers in such a way that with a minimum number of process steps a fully automatic

Ionenstrahlätzung für verschiedene Böschungswinkel und eine· Sekundärionenbeschichtung der Substratscheiben ohne Zwischenbelüftung der Vakuumkammer, in einfacher Weise möglich ist* Die Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise eine Substratscheibe mittels einer als äußerer Schleusendeckel wirkenden Transporteinrichtung durch eine in der Vakuumkammerwand angebrachte Schleusenöffnung auf einem in der Vakuumkammer befindlichen, als innerer Schleusendeckel wirkenden Substrathalter übergeben wird, auf diesem während des gesamten Bearbeitungsprozesses verbleibt und danach mittels der Transporteinrichtung wieder entnommen wird und daß der Substrathalter mit der Substrat scheibe eine lineare Bewegung in Schleusenöffnungsachse von der Schleuse weg und zurück ausführt und dabei nacheinander in Positionen für Ionenstrahlätzen für verschiedene Böschungswinkel und in Position für Sekundärionenbeschichtung gebracht wird*The object is achieved by the invention in that in a conventional manner, a substrate wafer by means acting as an outer lock cover transport means by a in the vacuum chamber wall. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert attached lock opening on a located in the vacuum chamber, acting as an inner lock cover substrate holder is on this throughout the processing process remains and then removed by the transport device and that the substrate holder with the substrate disc a linear movement in the lock opening axis away from the lock and back and thereby successively placed in positions for ion beam etching for different angles of repose and in position for secondary ion coating *

Durch die erfindungsgemäße Handhabung der Substratscheiben entfällt jeglicher manueller 7erfahrensschritt und da der Substrathalter nur eine lineare Bewegung in Schleusenöffnungsachse weg und zurück ausführt, kann er in einfachster Weise, z.B· durch Schwenken, in verschiedene Bearbeitungspositionen, nämlich zur Ionenstrahlätzung unter den verschiedensten Böschungswinkeln und zur Sekundärionenbeschichtung der Substratoberfläche gebracht werden· Eine Zwischenbelüftung der Vakuumkammer ist dabei nicht erforderlich.The handling of the substrate wafers according to the invention eliminates any manual processing step and since the substrate holder carries out only one linear movement in the lock opening axis, it can move in the simplest manner, eg by pivoting, into different processing positions, namely for ion beam etching under the most varied angles of repose and for secondary ion coating the substrate surface are brought · An intermediate ventilation of the vacuum chamber is not required.

AusführungsbeiapielAusführungsbeiapiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. Show it:

Figuren 1 bis 7: Die Handhabung der Substratscheiben Figur·· 8: Varianten der Verfahrensausübung in den einzelnen Verfahrensschritten·FIGS. 1 to 7: The handling of the substrate disks FIG. 8: Variants of the method exercise in the individual method steps

In der Wand der Vakuumkammer 1 der Ionenstrahlätzanlage befindet sich eine Schleusenöffnung 2. An die Vakuumkammer 1 ist eine Ionenstrahlquelle 3 angeflanscht. Innerhalb der Yakuumkammer 1 befindet sich ein Substrathalter 4 und ein schwenkbares Target 5» Der Substrathalter 4 ist mit bekannten Mitteln in Schleusenöffnungsachse linear bewegbar. Die Handhabung der Substratscheiben erfolgt in folgender Weise: Der Substrathalter 4 befindet sich in einer Ausgangsstellung, in der er die Schleusenöffnung 2 ton innen vakuumdicht verschließt.. Eine Substratscheibe 6 wird mittels einer Transporteinrichtung 7 herangebracht, auf die Oberfläche 8 des Substrathalters 4 abgelegt und von diesem gehaltert. Die Transporteinrichtung 7 wirkt dabei als äußerer Schleusendeckel und dichtet die Vakuumkammer 1 von außen vakuumdicht ab (Pig. 2). Danach führt der Substrathalter 4 eine lineare Bewegung in Schleusenöffnungsachse von der Schleuse weg aus (Pig. 3) und wird durch Schwenken in die Bearbeitungsposition für Ätzen mit einem Böschungswinkel von 0° gebracht (Pig. 4). Bei einer weiteren geringen linearen Bewegung des Substrathalters 4 kann der Schwenkwinkel derart verändert werden, daß verschiedene Böschungswinkel der Struktur der Substratscheibe ätzbar sind (Pig.5)· Das Schwenken des Substrathalters kann in bekannter Weise erfolgen« Der obere Teil 9 des Substrathalters kann drehbar sein. Bei einer weiteren linearen Bewegung des Substrathalters 4 von der Schleuse weg wird der Substrathalter 4 in die Position für Sekundärionenbeschichtung gebracht (Pig. 6). Zur Sekundärionenbeschichtung wird das Target 5 in die entsprechende Stellung geschwenkt (Pig.7). Hach der Pertigbearbeitung der Substratscheiben 6 führt der Substrathalter 4 eine lineare Bewegung in Schleusenöffnungsachse zur Schleuse hin aus bis zur Stellung gem. Pig. 2. Die Schleusenöffnung 2 wird vom Substrathalter 4 vakuumdicht verschlossen und die Substratscheibe .6 wirdIn the wall of the vacuum chamber 1 of the ion beam etching is a lock opening 2. To the vacuum chamber 1, an ion beam source 3 is flanged. Within the vacuum chamber 1 there is a substrate holder 4 and a pivotable target 5. The substrate holder 4 is linearly movable in the lock opening axis by known means. The substrate wafer 4 is in the following manner: The substrate holder 4 is in a starting position in which it closes the lock opening 2 ton inside vacuum-tight .. A substrate wafer 6 is brought by a transport device 7, placed on the surface 8 of the substrate holder 4 and of held this. The transport device 7 acts as an outer lock cover and seals the vacuum chamber 1 from the outside in a vacuum-tight manner (Pig. 2). Thereafter, the substrate holder 4 performs a linear movement in the lock opening axis away from the lock (Pig. 3) and is brought by pivoting to the machining position for etching with a slope angle of 0 ° (Pig. 4). In a further small linear movement of the substrate holder 4, the pivot angle can be changed so that different angle of repose of the structure of the substrate wafer are etchable (Pig.5) · The pivoting of the substrate holder can be done in a known manner The upper part 9 of the substrate holder can be rotatable , In a further linear movement of the substrate holder 4 away from the lock, the substrate holder 4 is brought into the position for secondary ion coating (Pig. 6). For secondary ion coating, the target 5 is pivoted to the corresponding position (Pig.7). After the finish machining of the substrate wafers 6, the substrate holder 4 performs a linear movement in the lock opening axis to the lock out to the position acc. Pig. 2. The lock opening 2 is closed in a vacuum-tight manner by the substrate holder 4 and the substrate disk 6 becomes

mittels der Transporteinrichtung 7 entnommen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Ionenstrahlätzanlage sehr variabel genutzt werden* Eine Auswahl d.er möglichen Verfahrensschritte ist in Fig. 8 dargestellt·. Die Ziffern 1 bis 7 stellen die einzelnen Verfahrensschritte nach Pig. 1 bis 7 dar. Sie können die Verfahrensschritte 1-2-3-4-3-2-1 oder 1-2-3-5-3-2-1 oder 1-2-3-4-6-7-6-3-2-1 oder 1-2-3-5-6-7-6-3-2-1 gewählt werden. Mit dem Handhabungsverfahren können, falls gewünscht, auch noch andere Bearbeitungsschritte für die Substratscheiben verwirklicht werden, ζ. B. Reinigung der Substratseheibenoberfläche.taken by means of the transport device 7. With the method according to the invention, the ion beam etching system can be used very variably. A selection of the possible method steps is shown in FIG. The numbers 1 to 7 represent the individual process steps according to Pig. 1-7. You can follow the process steps 1-2-3-4-3-2-1 or 1-2-3-5-3-2-1 or 1-2-3-4-6-7-6 -3-2-1 or 1-2-3-5-6-7-6-3-2-1. With the handling method, if desired, also other processing steps for the substrate wafer can be realized, ζ. B. Cleaning the substrate disk surface.

Claims

-7 - Pat addressed

Method for the fully automatic handling of substrate disks in an ion beam etching system, characterized in that in a manner known per se a substrate disk (6) is moved by means of a transport device (7) acting as an outer lock cover through a lock opening (2) mounted in the vacuum chamber wall (1) on a The substrate holder (4), which acts as an inner lock cover, is transferred to the vacuum chamber, remains thereon during the entire machining process and is then removed again by means of the transport device (7) and the substrate holder (4) engages with the substrate disk (6) performing linear motion in the lock opening axis from the lock and back, placing it sequentially in positions for ion beam etching for different angles of repose and in position for secondary ion coating «

- For this 2 sheets drawings -