DD267515A1 - Einrichtung zur bearbeitung von substraten im vakuum in mehreren prozessstationen - Google Patents

Abstract

Die Einrichtung zur Bearbeitung von Substraten im Vakuum in mehreren Prozessstationen dient der Weiterfuehrung vakuumtechnologischer Prozesse, insbesondere dem Beschichten von Bauelementen der Mikroelektronik (Wafer). Erfindungsgemaess ist der Rezipient rotationssymmetrisch als Transportkammer ausgebildet, um welchen radial die Prozesskammern angeordnet sind. Transportkammer und Prozesskammern sind getrennt evakuierbar. In den Prozesskammern sind ventilartige Dichteinrichtungen angeordnet, die die Prozesskammer mit dem senkrecht schrittweise rotierenden Drehkorb waehrend dem Prozess vakuumdicht verbinden. Die Substrate sind auf dem Drehkorb senkrecht angeordnet.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendung der Erfindung

Die Einrichtung zur Bearbeitung in mehreren Prozeßstationen dient der stationären Bearbeitung von einzelnen Substraten, insbesondere von Halbleitersubstraten (Wafer) im Vakuum, wenn mehrere Prozeßschritte in getrennten Prozeßkammern erforderlich sind. Die Einrici 'ung kann zum Beschichten durch Sputtern oder andere Vekuumbeschichtungsverfahren für Bauelemente der Mikroelektronik oder Elektronik aber auch zum Plasma- oder lonenätzen eingesetzt werden. Vorteilhaft ist ihr Einsatz, wenn hohe Anforderungen an die Schichtoicjenschaften, insbesondere auch hinsichtlich Defektfreiheit, gestellt sind.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Es sind Einrichtungen zum Zwecke der Durchführung von Bearbeitungsprozessen im Vakuum an Substraten für mikroelektronische Bauelemente bekannt, in denen mit einer Bewegungseinrichtung die Substrate im Vakuum von Prozeßstation zu Prozeßstation bewegt werden. Zum Zwecke der Erzielung vor. Schichten mit geringer Defektdichte müssen die Substrate in den Prozeßstationen der Anlage in senkrechter Lags gehaltert werden. Die einfachste Bewegungseinrichtung für diesen Zweck ist der Drehkorb mit senkrechter Achse. Die Anordnung der Substrate auf dem Drehkorb mit senkrechter Achse ermöglicht die schrittweise und kontinuierliche Drehung gegenüber den Prozeßstationen.

Gute Homogenität der Schichtdicken erzielt man in derartigen Anlagen durch kontinuierliche Drehung. Derartige Anlagen erfüllen jedoch nicht die Anforderungen an die geforderten Schichteigenschaften, z. B. niedrigste elektrische Leitfähigkeit und Hiliockfreihoii, da die dazu erforderliche vakuummäßige Trennung der Prozeßstationen und das Prinzip der Anordnung der Substrate auf einerp Drehkorb bisher unvereinbar erschien.

Die Forderung der senkrechten Anordnung der Substrate in der Prozeßstation und der vakuummäßigen Trennung der Prozeßstationen erfüllen Anlagen zum Beschichten von Halbleiterscheiben durch Hochratesputtern mit Prozeßstationen mit einer Eingabestation und einer Ausgabes'.ation in Reihe angeordnet, in denen die Prozeßstationen gegeneinander durch Spaltventile vrOiumtechnisch getrennt sind. Der ι ransport der Substrate erfolgt in waagerechter Lage durch Metallbänder, und die Bearbeitung erfolgt mit in senkrechter Lage gekippten Substraten. Diese Anordnung hat als Nachteil, daß die Substrate beim waagerechten Transport verunreinigt werden können. Außerdem müssen die Substrate durch eine Vorrichtung in die senkrechte Lage gekiopt werden und beim Transport von einer Prozeßstation indie nächste von einem Transportband auf das nachfolgende übergeben werden. Disses Prinzip erfordert umfangreiche Bewegungsmechanismen im Vakuum, insbesondere bei der Übergabe durch die Spaltventüe. Dies führt zu vielen Reibstellen an den Substraten, erhöht somit die Gefahr der Partikelerzeugung weiterhin, was sich letztlich ii jnzulässig vielen Defekten auf der Obei fläche der zu beschichtenden Substrate auswirkt.

In einer anderen gerätetechnischen Lösung zum Beschichten von Halbleiterscheiben durch Hochratesputtern sind 3 Proießstationen zusammen mit einer Substrateir.-Aausgabestation roiationssymmetrisch um eine waagerechte Achse angeordnet. Die Substrate werden auf einer senkrecht stehenden Tiansport-Drehscheibe in einer Transport-Vakuumkammer vor die jeweilige Prozeßstation transportiert. Das Abdichten der Prozeßstationen erfolgt durch Andrücken einer Dichtplatte und Verschieber, der Transport-Drehscheibe (Anlage MRC ECLIPSE; Elextronics, May 12,1986). Diese Anordnung hat die Nachteile, daß eine federkraftgestützte Substrathalterung erforderlich ist, da die Substrate auf der Transport-Drehscheibe „über Kopf" gedreht werden, und daß die Substrate übereinander und unterhalb von Bewegungsmechanismen zu liegen kommen. Daraus resultiert eine Erhöhung der Partikelerzeugung und damit der Defektdichte auf den Substraten.

Dieses Anlagenkcnzept ist hinsichtlich der Substratgröße begrenzt und bietet kaum Grweiterungsmöglichkeitan hinsichtlich der Anzahl der Prozeßstationen. Die Anordnung der erforderlichen Vakuumpumpsysteme an einer Transport-Vakuumkammer mit senkrecht stehender Transport-Drehscheibe ist kompliziert und macht die Wartung einer solchen Anlüge schwierig.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, in Anlagen mit mehreren Prozeßstationen zur Bearbeitung der Substrate die Mangel des Standes der Technik zu überwinden und die Bearbeitung bei möglichst geringer Partikelerzeugung und damit möglichst niedriger Defektdichte zu erzielen, wobei eine möglichst hohe Arbeitsproduk* ivität zu erreichen ist.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vakuumtechnologische Bearbeitung, insbesondere die Beschichtung im Vakuum, mit einfach gehaiterten Substraten zu lösen, die schrittweise von Prozeßstation zu Prozeßstation transportiert werden und während der Durchführung der Teilprozesse vakuummäßig getrennt sind. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Einrichtung, bestehend aus einem Drehkorb mit vertikaler Achse, auf dem die Substrate angebt acht sind, der in einem Rezipienten rotiert und mit einer dem vakuumtechno'cpischen Prozeß entsprechenden Anzahl von Prozeßstationen sowie einer Schleuse zum Ein- und Ausbringen der Substrate, d3^rlorch gelöst, daß der Rezipient als Transportkammer axialsymmetrisch ausgebildet ist und die Prozeßkammer und Schleuse außen radial angeordnet sind. Die Prozeßkammern sind an dem Rezipienten dicht angeflanscht und ebenso wie die Transportkammer evakuierbar. In jeder Prozeßkamme; ist eine ventilartige Dichteinrichtung angeordnet, die die Prozeßkammer während dem vakuümtechnologischen ³rozeß mit dem Drehkorb direkt vakuumdicht vi. bindet, so daß die Transportkammer von der Prozeßkammer vakuummäßig getrennt ist.

Die lichte öffnung der Ventileinrichtung ist größer als die Fläche des Substrates. Somit erfolgt die Abdichtung an einer Dichtfläche an dem Drehkorb außerhalb der Substrate und deren Halterung sowie an einer Dichtfläche an der Transportkammerwand. Beim schrittweisen Transport der Substrate, d. h. während der Bewegung des Drehkorbes, sind die Dichteinrichtungen geöffnet. Zur Verringerung des zu evakuierenden Volumens der Transportkammer ist es vorteilhaft, diese als Hohlzylinder auszubilden und den Abstand der beiden Wände von dem Drehkorb so zu wählen, daß der Substrattransport gerade möglich ist.

Es ist vorteilhaft, die Dichteinrichtung so auszubilden und anzuordnen, daß sie in ^radialer Richtung von außen über eine Vakuumdurchführung bewegbar ist.

Die ringförmige Dichteinrichtung ist mit einem Kühlwasserkanal versehen. Da diese in den Prozeßstationen Dampf- und Wärmestrah' jng ausgesetzt ist, v/ird dadurch die Beschädigung der beiden erforderlichen Dichtungen und die Abgabe störender Dämpfe durch Erwärmung verhindert. Schließlich ist es für Wartungsarbeiten vorteilhaft, wenn die Prczeßkammern lösbar, vakuumdicht angeflanscht s'nd. Dieser modulare konstruktive Aufbau vereinfacht auch die Montage.

In den Prozeßstationen erfolgen viie unterschiedlichen Bearbeitungs-Teilprozosse entsprechend dem durchzuführenden Vorfahren. Wird die Einrichtung z. U. zur Beschichtung von Substraten durch Sputtern benutzt, sind typische Teilprozesse das Heizen, das lonenätzen, das Beschichten sowie andere Hilfsprozasse.

Eine hohe Produktivität wird erreicht, wenn die Anzahl der Substrate gleich oder größer der Zahl der Prozeßstationen ist und die Teilprozesse an unterschiedlichen Substraten gleichzeitig ablaufen.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung ist einerseits der schrittweise Transport der Substrate in der Transportkammer gewährleistet und andererseits sind während der Durchführung der Teilprozesse in den unterschiedlichen Prozeßstationen die Prozeßstationen gegeneinander bzw. gegen die Transportkammer vakuummäßig getrennt.

Auf dieser Weise wird erreicht, daß in jeder Prozeßstation, unabhängig von den Druckverhältnissen in den anderen Prozeßstationen und in der Transportkammer, die vakuumtechnischen Bedingungen bzw. notwendigen Arbeitsdruckverhältnisse eingestellt werden können.

Das Substrat ist in einer vollen Fläche Bestandteil der Prozeßstation und kann durch die Dichleini ichtung hindurch einem Teilbearbeitungsprozeß iMterzogen werden. Ist der Teilprozeß ein Sputterprozeß, so wird der in der Sputterquelle erzeugte Teilchenstrom durch die Öffnung der Dichteinrich'.ung hindurch ungestört auf der Substratoborfläche zur Kondensation gebracht. Es ist weiterhin gewährleistet, daß auch das Volumen der Prozeßkammer konstruktiv minimal gehalten werden

Während der Durchführung eines Teilprozesses ist lediglich das Substrat und seine Halterung Bestandteil der Prozeßkammer, die nicht durch funktionsbedingte Teile für den Transport belastet wird. Die Elimination von kinematischen Teilen für den Transport ist eine zwingende Voraussetzung für die Erzielung defektarmei' Schichten, was durch diese Lösung gewährleistet

Voraussetzung für das Funktionieren der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, daß die Mantelfläche des Drehkorbes massiv und vak'iumdicht ausgeführt ist, um einerseits die Kräfte der Ventilvorrichtung aufzunehmen, andererseits muß sie die vakuumtechnische Trennung von Prozeßkammer gegenüber Tfansportkammer gewährleisten.

Ausführungsbeispiel

Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Einrichtung zur Plasmatronbeschichtung mit den zugehörigen Prozeßstationen im Horizontalschnitt.

In einer axialsymmetiischen Transportkammer 1 mit den zylindrischen Wandungen 2 und 3 ist ein Drehkorb 4 vertikal angeordnet. Die Transportkammer 1 wird über den Saugstutzen 5 evakuiert. Auf dem Drehkorb 4 sind in einer 90°-Teilung Substrate 6 in Halterungen 7 befestigt.

Die Substrate 6 haben einen Durchmesser von V30mm.

Auf dem Drehkorb 4 sind außerhalb der Halterung 7 um die Substrate 6 Dichtflächen 8 eingearbeitet. An der äußeren Wandung

der Trar.sportkammer sind in eii.er 90°-Teilung drei Prozeßkammern 9 mit Saugstutzen 10 für je einen Vakuumerzeugerangeordnet. Im Bereich jeder Prozeßkammer 9 hat die Wandung 2 Dichtflächen 11. In den Prozeßkammern 9 sind zur

Durchführung der vakuurrstcchnciogischeriTeiiprozesse eine Plasmaironqueiie 12, eine Ionenquelle 13, ein Heizer 14

angeordnet. Über eine Schleuse 15 (nur symbolisch dargestellt) werden die Substrate 6 ein- und ausgebracht.

In jeder Prozeßkanrner 9 befindet sich eine ringförmige Dichteinrichtung 16 mit den beiden Dichtungen 17 und 18. Im geschlossenen Zustand ist die Dichteinrichtung 16 mit Hilfe einer Schubeinrichtung 19 und einer Vaku'imdurchführung 20 in Richtung in die Transportkammer 1 hineingeschoben. Dabei sichern die beiden Dichtungen 17 und 18 in Verbindung mit den Dichtflächen 8 und 11 die vakuumtechnische Trennung der Prozeßkammer 9 gegenüber der Transportkammer 1. Die Bohrung in

der Dichteinrichtung 16 hat einen Durchmesser von 180mm.

Während der Durchführung des Teilprozasses Sputtern wird in der Prozeßkammer 9 mit dem Plasmatron 12 ein Arbeitsdruck

von 0,5Pa Ar eingestellt.

In der Transoortka~imer 1 beträgt der Druck 10"' Pa. Dei Druck in den Prozeßkammern 9 zum Heizen ιⁱⁿ J ~.·τ\ lonenätzen beträgt Nach Abschluß der Teilprozesse wird in den Prozeßkammern 9 der Druck auf 10"⁶Pa abgesenkt. Mit Hilfe der Schubeinrichtungen 19 werden in allen Prozeßkammern 9 die Dichteinrichtungen 16 durch Verschieben in radialer Richtung

geöffnet. Die Substrate 6 befinden sich außerhalb der Dichteinrichtung 16, und der Drehkorb 4 kann um 90° gedreht werden.

Durch dem schrittweisen Transport erfolgt der Wechsel der Substrate 6 von Prozeßstation zu Prozeßstation.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Bearbeitung von Substraten im Vakuum in mehreren Prozeßstationen, bestehend aus einem vertikal in einem Rezipienten rotierenden Drehkorb, auf dem die Substrate gehaltert sind, einer dem vakuumtechnologischen Prozeß entsprechenden Anzahl mit dem Rezipienten verbundenen Prozeßkammern und oinei Schleuse zum Ein- und Ausbringen der Substrate, dadurch gekennzeichnet, daß der Rez'ipient als Tranbportkammer (1) axialsymmetrisch ausgebildet ist und die Prozeßkammern (9) und Schleuse (15) an der Transportkammer (1) außen radial angeordnet sind, daß die Transportkammer (1) und Prozeßkammern (9) getrennt evakuierbar sind, und daß in jeder Prozeßkarnmer (9) eine ventüartige Dichteinrichtung (16).die Prozeßkammer (9) mit dem Drehkorb (4) um die Substrate (6) herum abdichtend, während dem Prozeß schließend und während dem Transport zu öffnend, angeordnet ist.

2. Einrichtung nach A1, dadurch gekennzeichnet, daß dieTransportkammer (1) als HoMzylinder ausgebildet ist und der Abstand der inneren und äußeren Wandung (2; 3) zum Drehkorb (4) minimiert ist.

3. Einrichtung nach A1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung (16) von außen durch Vakuumdurchführungen (20) in radialer Richtung bewegbar ist.

4. Einrichtung nach A3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung (16) wassergekühlt ist.

5. Einrichtung nach A1 bis A4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßkammern (9) an der Transportkammer (1) vakuumdicht angeflanscht sind.