DD268715A1

DD268715A1 - Einrichtung zum vorbehandeln von substraten

Info

Publication number: DD268715A1
Application number: DD31277088A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Schubert; Friedhelm Feldhofer; Johann Kleineberg; Lutz Kuschel; Dietger Schulz
Original assignee: Robotron Elektronik
Priority date: 1988-02-09
Filing date: 1988-02-09
Publication date: 1989-06-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vorbehandeln von Substraten durch Heizen und HF-Sputteraetzen mittels nur einer Station vor- bzw. waehrend der Vakuumbeschichtung. Eine Hohlkatode besitzt eine torusfoermige Erweiterung mit einer kegelfoermigen Einstuelpung in Richtung des Rohres. Die Innenflaechen der Hohlkatode sind poliert. Eine Heizung ist in der torusfoermigen Erweiterung isoliert in Durchfuehrungen angebracht. Die torusfoermige Erweiterung ist geteilt, gegeneinander abgedichtet und von aussen gekuehlt. Durch die speziell angeordneten Reflektorflaechen wird die Licht- und Waermestrahlung vollstaendig auf die Substratebene gelenkt. Der Flaechengewinn des Kegelmantels erhoeht die Aetzeffektivitaet. Figur

Description

Einrichtung zum Vorbehandeln von Substraten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vorbehandeln von Substraten duroh Heizen und HF-Sputterätzen vor bzw. während der Vakuumbeschichtung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Eine Vorbehandlung von Substraten In der Vakuumkammer dient vorwiegend dem Zweck duroh Ausheizen von der metallischen bzw. isolierenden Substratoberfläche leiohtflUchtige adsorbierte Sohiohten (z. B. Wasser, Lösungsmittelreste, Reste aus den Fotolaokverarbeitungs- baw. Ätzprozessen) zu desorbieren sowie duroh Ionenbesohuß z. B. beim HF-Sputterätzen schwer flüohtige Fremdsohiohten (Oxidsoblohten, Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen) und einen geringen oberfläohennahen Bereich der eigentlichen zu besohiohtenden Oberfläche abzusputtern. Damit wird eine nahezu atomar saubere Oberfläche unmittelbar vor der Beschichtung erreioht.

Dabei erweist es sioh für die Stabilität der HF-Entladung beim Sputterätzen als zweckmäßig, dem HF-Sputterätzen vor allem dann einen Heizprozeß voranzustellen, wenn eine stärkere Beladung der Substrate mit leichtflüchtigen Ada«t>aten (z. B. Ltisungsmittelresta aus der Dampfzonenwäsohe oder Wasserbelegung aus der !fernsehen Reinigung) vorliegt und duroh den Xonenbesohuß eine lokale Freisetzung und damit eine Entstehung von Druokstößen begünstigt wird, die sioh auf die Plasmastabilität und damit dem stabilen Ablauf des Sputterätzens negativ auswirkt. Aus diesem Grunde ist es von Vorteil, wenn man diese Bestandteile vor dem Sputterätzen abheizt.

Auoh ist es für die Erzielung bestimmter phydikalisoher Eigenschaften notwendig, das Substrat auf eine definierte Temperatur zu bringen und diese Temperatur auoh während des Besohiohtungeprozesses zu halten.

Dazu werden Vorrichtungen benutzt, die eine separate Durchführung des Prozesses Heizen ermöglichen und die in einer Besohiohtungsanlage jeweils eine Station erfordern. Vorderseitenheizungen bestrahlen dabei die Probe von vorn, wobei eine Verunreinigung der Substratoberfläohe durch emittierende Heizer« bestandteile bzw. eine Heizerbelegung erfolgen kann.

Rückseitenheizungen erwärmen das Substrat von der Rückseite und damit über die Halterung. Sie sind im allgemeinen träger, vermeiden jedoch oben genannte Verunreinigungen und sind bei Prozessen mit höohsten Reinheitsforderungen unerläßlich.

Für viele Anwehdungszwecke, vor allem auf dem Sektor der Hybrid- und Sensortechr.ologie, reiohen jedooh Vorderseitenheizungen aus. Das Sputterätzen erfolgt ebenfalls in separaten Stationen entweder mit geerdetem Ätzauffänger und auf HP-Potential liegendem Substrattisoh oder nach PS-DE 22^1 229 bzw. PS-DE 3116 732 bei geerdetem Substrat und auf HP-Potential liegender Hohlkatode.

Ziel .der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es. duroh das Vorbehandeln von Substraten für die Gesamtprozeßführung, eine Station für einen zusätzlichen Prozeß zu gewinnen bzw. mit einfacheren BeSchichtungsanlagen komplexere Gesamtprozesse zu ermöglichen. Gleichzeitig soll durch eine dadurch möglich gewordene ineinandergreifende Prozeßführung die Qualität und Effektivität der Schiohthersteilung verbessert werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, mit der die Prozesse Heizen und Sputterätzen mittels nur einer Station in der Beschiohtungsanlage gleichzeitig bzw. zeitlich versetzt möglich sind.

Die Einrichtung besteht aus einem Rezipienten, einer geerdeten Substrataufnahme und einer gegenüber angeordneten auf HP-Potential liegenden Hohlkatode, die aus einem Rohr mit einer Erwei-

terung besteht. Erf indungs gemäß iat die Erweiterung torusfOrmig ausgebildet und besitzt eine kegelförmige Einstülpung in Riohtung des Rohres. Am äußeren Umfang der torusförmigen Erweiterung ist eine Kühlanordnung befestigt. Die Innenflächen der Hohlkatode sind poliert. Eine Heizung ist von den Substraten aus gesehen verdeckt in der torusförmigen Erweiterung angeordnet und über Durchführungen elektrisch angeschlossen.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß die Innenreflektorflachen der torusförmigen Erweiterung ein parabolisches Profil besitzen und der Abstand der Parabeln 2 R beträgt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die torusförmige Erweiterung seitlich geteilt, gegeneinander abgediohtet und kontaktiert ist.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Heizung als Wende !zylinder ausgebildet ist, der ixi axialer Riohtung verschiebbar ist.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß die Heizung als induktives Heizband ausgebildet ist.

Das Heizen der ruhenden bzw. bewegten Substrate erfolgt erfindungsgemäß so, daß durch einen entsprechenden Heizstrom die Heizung auf Temperaturen T J^ 870 K gebraoht wird und die so erzeugte Licht- und Wärmestrahlung du.'oh die speziell angeordneten Reflektorflächen infolge einer endlichen Zahl von Reflexionen fast vollständig auf die Substratebene gelenkt wird. Durch die weit zurückgesetzte Heizung ist keine direkte optische Verbindung zwisohen Heizung und Substrattelleraussohnitt möglich. Es wird erreicht, daß Substanzen, die von der Heizung abdampfen, nv.c schwer das Substrat erreichen und umgekehrt beim Sputterätzen in die Hohlkatode gelangende abgesplitterte Substanzen die Heizung nicht erreichen und verunreinigen können«

UMS h

Während des Sputterätzens wird in der Hohlkatode über den Gewindebolzen eine HP-Spannung angelegt. Die Zündung des Plasmas erfolgt bei laufender Heizung und einem Edelgasdruck von p ^ 2 . 10 mbar durch Anlegen eines Zusatzpotentials an die Heizung von ca. 80...150 V. Nach erfolgter Zündung kann dieses Potential wieder abgeschaltet werden.

Ein besonderer Effekt wird durch die kegelförmige Einstülpung erreicht. Da die Größe des Plasmapotentials in erster Linie vom Flächenverhältnis der beiden Elektrodenflächen, Fläche der Hohlkatode zu der der Substratkreisflache des Durohmessers d, die dem Ätzer gegenübersteht, abhängt, wird duroh den Fläohengewinn des Kegelmantels ein höheres Plasmapotential erzielt und damit die Ätzeffektivität verbessert. Das ^MKaltzünden^H des Plasmas kann mit Hilfe einer Nebeneinriohtung, bei der nur ein kleiner Teil der Heizung mit einem Heizstrom beauflagt wird, erfolgen.

Beim Übergang vom Heizen zum Sputterätzen bzw. Heizen und Sputterätzen ist der Edelgasdruok einzustellen und duroh Anlegen des Zusatzgleichpo-entials die Emission von Elektronen bei angelegtem HF-Potential in Gang zu setzen. Nach erfolgter Zündung muß das Zusatzgleichpotential abgeschaltet und je nach Erfodernis die Heizung abgeschaltet oder belassen werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Prozesse Heizen und Sputterätzen mit einer Einrichtung vor bzw. während der Beschichtung durchgeführt werden können. Auf diese Weise wird für die Gesamtprozeßführung eine Station für einen zusätzliohen Prozeß gewonnen, so dafl neue Mater*a.\.varianten möglich sind. Mit einfacheren Beachichtungsanlagen werden komplexere Gesamtprozesse ermöglicht. Es kommt zur Erhöhung der Variabilität und damit Qualität ohne wesentliche zusätzliche Kosten, gleichzeitig wird duroh eine dadurch möglich gewordene ineinandergreifende Prozeßführung die Qualität und Effektivität der Schienthersteilung verbessert.

Av.sführungsbeisplel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfüuxungsbeispiel näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt die Einrichtung im Schnitt. Die Einrichtung besteht aus einem Rezipienten 8, einer geerdeten Substrataufnähme 10 und einer gegenüber auf HF-Potential liegenden Hohlkatode. Die Hohlkatode ruht auf einem massiven Isolator 7 und ist vakuummäßig beidseitig durch Rundringe 12 abgedichtet. Im Rezipienten 8 ist die Abschirmung 9 ersiohtlioh. Zwisohen der Hohlkatode und der Substratebene wird der Entladungsspalt S gebildet. Die Hohlkatode besteht aus einem Rohr 1 und einer torusförmigen Erweiterung 2 mit einer kegelförmigen Einstülpung k in Richtung des Rohres 1, wobei die Innenflächen der Hohlkatode poliert sind. In der torusförmigen Erweiterung 2 ist am Umfang eine Heizung 3> vom Substrat aus verdeckt, angebracht. Die Reflektorfläohen der Heizung J sind die polierten Innenflächen der torusförmigen Erweiterung des Durchmessers U -rad des Radius R mit der kegelförmigen Einstülpung k der Höhe h und des Kegelwinkels cC » 45° in Richtung des Rohres 1. Die torusförmige Erweiterung 2 besteht aus zwei Teilen, die gegeneinander gediohtet und kontaktiert sind. Die Heizung 3 ist im Ausführungsbeispiel zweokmäßigerweise als Heiawendel mit einer zylindrischen Wicklung aus Mo- bzw. W-Draht mit dem Durohmesser D„ und der Wiokelhöhe H ausgelegt. Mit d wird der Durchmesser der Substratkreisfläohe bezeichnet, die der Hohlkatode gegenübersteht«, Mit S wird der Entladungsspalt angegeben. Dabei gelten folgende geometri«ohe Beziehungen:

bzw.

D > 5	R
h >	R; o£
d >	D-UR
D_H «	D-R
2 R >	H >

Die Heizung 3 ist beidseitig isoliert in der torusförmigen Erweiterung 2 gehaltert und ist in axialer Richtung verschiebbar.

An der torusförmigen Erweiterung 2 sind außen eine Kühlung 5» ein massiver Gewindebolzen 5 für den HF-Anschluß sowie '.te Durchführungen 11 für die Heizung 3 angebracht. Als Heizung können auch Ha'.ogenlampen verwendet werden, die über den Umfang der torusförmigen Erweiterung 2 so verteilt sind, daß bei bewegten bzw, rotierenden Substrat eine gleichmäßige Radialvertoilung der Temperatur zustande kommt. Es kann aber auoh ein induktives Heizband eingesetzt werden. Die Innenreflektorflachen der torusförmigen Erweiterung 2 besitzen beispielsweise ein parabolisches Profil, wobei der größte Abstand der Parabel 2 R beträgt.

Nachfolgend soll die Funktion der Einrichtung beschrieben werden. Das Heizen der ruhenden bzw. bewegten Substrate erfolgt erfindungsgomäß so, daß durch einen entsprechenden Heizstrom die Heizwendel auf TemperatürenT £ 8?0 K gebracht wird und die so erzeugte Licht- und Wärmestrahlung durch die speziell angeordneten Reflektorflächen infolge einer endlionon Zahl an Reflexion nen fast vollständig auf die Substratebene gelenkt wird. Das wird durch die besondere Gestaltung der Reflektorfläohen und die Einhaltung der angegebenen Konstruktionsbedingungen erreicht. Da die oberen Wicklungen vor allem die achsennahen und die unteren rohrseitigen Wicklungen die aohsenfernen Strahluugsanteile liefern, kann durch Verschiebung des gesamten Wendelzylinders in axialer Richtung die Radialverteilung dor Strahlungsdichte im Substratbereich eingestellt werden und somit die Heizung besser den gewünsohten Arbeitsbedingungen angepaßt werden (ruhendes Substrat - bewegtes Substrat).

Durch die weit zurückgesetzte Heizwendel ist keine direkte optische Verbindung zwischen Heizwendel und Subatiattellerauseohnitt möglich. Es wird erreicht, daß Substanzen, die von den Heizwendeln abdampfen nur sohwer das Substrat erreiohen und umgekehrt beim Sputtorätzen in die Hohlkatode gelangende abgesputterte Substanzen die Heizwendel kaum erreiohen und verunreinigen können.

zaus ₇

Wiihrend dos Sputterätzens wird In die Hohlkatode über den HF-Gewindebolzen 6 eine HF-Spannung angelegt. Die Zündung des Plasmas erfolgt bei laufender Heizung und einem Edelgasdruck von ρ ^y 2 . 10 mbar durch Anlegen eines Zusatzgleiohpotentials an die Heizwendel von oa. 80...150 V. Nach erfolgter Zündung kann dieses Potential wieder abgeschaltet werden.

Ein besonderer Effekt wird bei dieser Einrichtung durch die Hegelfönnige Einstülpung k erreioht. Da die Größe des Plasmapotentials in erster Linie vom Fläohenvorhältnis der beiden Elektrodenflächen, Fläche der Hohlkatode zu der der Substratkreisfläclie des Durohmessers d, die dem Ätzer gegenübersteht, abhängt, wird durch den Fläohengewinn des Kegelmantels ein höheres Plasmapotential erzielt und damit die Ätzeffektivität verbessert.

Ein ^HKaltzünden" des Plasma/3 kann: mit Hilfe einer nioht dargestellten Nebeneinrichtung, bei der nur ein kleiner Teil der Heizwandel mit einem Heizstrom beauflagt wird, erfolgen.

Vorteil dieser Einrichtung ist, daß die Prozesse Heizen und Ätzen mit ein ur.id derselben Einrichtung parallel erfolgen können und damit ein schnellerer Durchlauf erfolgt. Beim Übergang vom Heizen zuni Sputterätzen bzw. Hei en und Sputterätzen ist der Edelgaadruok einzustellen und durch Anlegen des Zusatzgleiohpotentials die Emission von Elektronen bei angelegtem HF-Potential in Gang zu setzen. Naoh erfolgter Zündung muß das Zusatzgleichpotential abgeschaltet und je naoh Erfordernis die Heizung abgeschaltet oder belassen werden.

Claims

Patentanspruch

1. Einrichtung zum Vorbehandeln von Substraten, bestehend aus einem Rezipienten, einer geerdeten Substrataufnahme und eine gegenüber angeordnete auf HF-Potential liegende Hohlkatode, die aus einem Rohr mit einer Erweiterung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung (2) torusförmig ausgebildet ist und eine kegelförmige Einstülpung (k)

in Riohtung des Rohres (i) enthält, daß am äußeren Umfang der torusfb'rmlgen Erweiterung (2) eine Kühlanordnung (5) befestigt ist, daß die Innenflächen der Hohlkatode poliert sind und daß eine Heizung (3) vom Substrat aus gesehen verdeckt in der torusf örmiijan Erweiterung (2) angeordnet ist und die über Durchführungen (11) elektrisch angeschlossen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenroflektorflochen der torusförmigen Erweiterung (2) ein parabolisches Profil besitzen und der Abstand der Parabeln 2 R beträgt.
3. Einrichtung naoh Anspruoh loder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die torusförmige Erweiterung (2) seitlich geteilt und gegeneinander abgediohtet und kontaktiert ist.

k. Einrichtung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Heizung (3) als Wendelzylinder ausgebildet ist, der in axialer Riohtung verschiebbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, daß die Heiz-ung (3) als induktives Heizband ausgebildet ist.

- Hierzu 1 Blatt Zeichnung. -