DE10022224A1 - Deponiervorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Deponieren einer Materialschicht auf einem Werkstück. Die Vorrichtung umfaßt eine Kammer (11), ein Sputtertarget (12), eine Scheibenabstützung (13), eine Scheibentransportöffnung (14) sowie einen Scheibentransportmechanismus (15). Der letztere führt die Scheiben entlang eines Transportweges (16). Ein Ringschild (19) befindet sich zwischen der Abstützung (13) und dem Target (12) und liegt in dem Scheibentransportweg (16). Stifte (30) sind vorgesehen, um den Ringschirm aus dem Transportweg (16) herauszuheben.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Deponieren einer Materialschicht auf einem Werkstück.

Bei vielen Herstellungsvorgängen einschließlich der Herstellung von Halbleiterein­ richtungen, Sensoren und MEMS, besteht eine Notwendigkeit, Schichten oder dünne Filme von Materialien auf ein Werkstück aufzubringen. Beim physikalischen Dampfdeponieren gibt es eine Materialquelle innerhalb einer Kammer, wodurch das Material von der Quelle auf das Werkstück injiziert wird zur Bildung einer Schicht. Die Materialquelle kann ein Sputtertarget sein oder es kann eine evapo­ rierte Quelle oder eine andere Materialquelle sein, die zumindest einen Teil einer deponierten Schicht bildet. In jedem dieser Fälle neigt das Material dazu, sich nicht nur auf dem Werkstück, sondern auch auf anderen Teilen der Kammer, in welchem dieser Vorgang stattfindet, niederzuschlagen. Traditionell lag die Lösung darin, alle langzeitexponierten Oberflächen mit austauschbaren Schirmen abzu­ decken. Werkstücke befinden sich normalerweise auf einer Abstützung und einer Abschirmung um die Abstützung herum und unter dieser kann es besonders um­ ständlich werden, da derartige Abschirmungen in ihrer Herstellung teuer sein kön­ nen und es schwierig sein kann, diese entsprechend anzuordnen, wobei es er­ strebenswert ist, keine Gewindebefestigungselemente innerhalb einer Kammer einzusetzen wegen der Gefahr der Erzeugung von schädigenden Partikeln.

Besondere Probleme ergeben sich im Zusammenhang mit der Abstützung und dem Werkstück. Dabei zeigt sich das Bestehen zweier Herstellungssituationen. Die erste ist die, bei welchem das Werkstück kleiner ist als die Abstützung und innerhalb von dessen Peripherie liegt. In diesem Fall kann zusätzlich deponiertes Material das Werkstück an der Unterstützung zum Haften bringen oder sich auf der Oberfläche der Abstützung aufbauen, so daß sich nachfolgende Werkstücke nicht richtig aufsetzen. Die zweite Situation ist diejenige, bei welchem das Werk­ stück über die Abstützung hinausragt. Bei dieser Anordnung schützt es wirkungs­ voll die Abstützung ab. Aber eine unerwünschte Deposition kann eintreten sowohl an der Kante als auch der Rückseite des Werkstückes. (In manchen Situationen verlangen die Hersteller eine Deposition an der Kante).

Die beste Lösung, die bislang für dieses Problem vorgeschlagen wurde, lag darin, einen festen Schirm vorzusehen, der die Peripherie des Werkstückes und der Ab­ stützung überdeckt, wobei hierin jedoch eine Anzahl von Nachteilen zu finden ist. Zunächst neigt diese Lösung dazu, eine Deposition an der Kante der Scheibe zu verhindern, wenn diese angestrebt wird, und zweitens wird die Beladung des Werkstückes auf der Abstützung extrem komplex. Im wesentlichen muß die ge­ samte Abstützung von dem Schirm weggeführt werden, um somit hinreichend Raum zu geben für die von der Abstützung anzuhebende Scheibe, worauf dann die Entfernung mittels eines Transportmechanismus erfolgt. Da sehr häufig die Abstützung elektrische, kühlende und mechanische Anschlüsse besitzt, führt die Notwendigkeit, die Abstützung zu bewegen, zu signifikanter Verteuerung und Komplikation.

Unter einem Aspekt besteht die Erfindung aus einer Vorrichtung zum Deponieren einer Materialschicht auf einem Werkstück mit einer Kammer, einer Materialquelle, einer Werkstückabstützung zur Abstützung eines Werkstückes, wobei die expo­ nierte Oberfläche der Materialquelle zugewandt ist, auf welcher eine Schicht de­ poniert wird, einer Einrichtung zum Beladen und Entladen des Werkstückes ent­ lang eines Transportweges sowie einem Schirm, der zwischen der Abstützung und der Materialquelle angeordnet ist, zur Begrenzung der Materialmenge, die auf oder angrenzend an die Peripherie der Abstützung oder des Werkstückes depo­ niert wird, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schirm im Transportweg liegt und daß die Vorrichtung darüber hinaus einen Mechanismus besitzt zur Bewegung des Schirmes aus dem Transportweg heraus während des Beladens und Entladens. Die Vorrichtung kann darüber hinaus einen Schirm um­ fassen, der die Abstützung umgibt zur Abschirmung der Rückseite der Peripherie des Werkstückes, und bei manchen Ausführungsformen kann darüber hinaus der Schirm die Kante des Werkstückes abschirmen.

Vorzugsweise bildet, wenn der Schirm sich in seiner Position befindet, der erstge­ nannte Schirm einen Labyrinthweg mit der Abstützung, dem weiteren Schirm und/oder dem Werkstück. Um diesen Labyrinthweg zu verstärken, kann der weite­ re Schirm eine radiale Verlängerung besitzen. Die Vorrichtung kann darüber hin­ aus eine Einrichtung zum Anheben und Absenken des Werkstückes umfassen in den Transportweg hinein oder aus diesem heraus, wobei diese Anhebe- und Ab­ senkvorrichtung den Mechanismus zum Bewegen des Schirms umfassen oder an diesen angelenkt sein kann, derart, daß das Werkstück von der Abstützung ange­ hoben wird, während der Schirm sich aus dem Transportweg herausbewegt. Die Anhebe-/Absenkvorrichtung kann einen anhebbaren Rahmen umfassen, der eine erste Gruppe von Stiften trägt, die mit dem Werkstück in Eingriff treten, sowie eine zweite Gruppe von Stiften zum Eingriff mit dem Schirm. Die zweite Gruppe von Stiften kann als Abstützung für den zuerst erwähnten Schirm dienen, wenn dieser sich in seiner Abschirmposition befindet, wie auch während der Bewegung des Schirmes. Der weitere Schirm kann zum Wegfall kommen, während er sich radial nach außen erstreckt, um eine größere Deposition auf seiner Oberfläche zu er­ möglichen, bevor die Deposition sich hierauf aufbaut bis zu einem Niveau, daß sie die Rückseite des Werkstückes kontaktiert oder den Werkstücktransport beein­ flußt.

Die Kammer kann eine Kantenbildung besitzen oder definieren, wobei in diesem Fall der zunächst erwähnte Schirm eine entsprechende und kooperierende Aus­ bildung besitzen kann, wodurch dann, wenn der zunächst erwähnte Schirm sich in seiner Schirmposition befindet, die Ausbildungen ein Labyrinth bilden.

Der zuerst erwähnte Schirm besitzt eine Form, die im allgemeinen diktiert wird durch die Form der Peripherie des Werkstückes, d. h. bei einer im allgemeinen kreisförmigen Halbleiterscheibe wird der zuerst erwähnte Schirm allgemein ring­ förmig sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt besteht die Erfindung aus einer Vorrichtung zum Deponieren einer Schicht mit einer Materialquelle, einer Werkstückabstützung, einem ersten Schirm zum Abschirmen der rückwärtigen Peripherie eines Werk­ stückes auf der Abstützung sowie einem zweiten Schirm, der sich zwischen der Quelle und dem ersten Schirm befindet, um den ersten Schirm abzuschirmen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener beispielhafter bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 Die Darstellung einer Computersimulation einer Kantenabschirmung, eines Werkstückes sowie einer Werkstückabstützung nach einem einzigen Depositionszyklus,

Fig. 2 eine entsprechende Simulation, nachdem ein Sputtertarget aufge­ braucht wurde,

Fig. 3 einen detaillierten Querschnitt entlang eines Bereiches der Kante einer Abstützung und der entsprechenden Abschirmung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 und 5 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellung für eine andere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Fig. 6 der Fig. 3 entspricht für diese andere Ausführungsform,

Fig. 7 einen Querschnitt eines größeren Teils der Kammer, in welcher die Ausführungsform gemäß Fig. 3 eingesetzt wird, und

Fig. 8 eine der Fig. 7 entsprechende Darstellung für die Ausführungsform gemäß Fig. 6.

Es soll zunächst auf die Fig. 7 und 8 Bezug genommen werden, die eine Depositi­ onsvorrichtung zeigen, welche allgemein durch die Bezugsziffer 10 identifiziert ist, mit einer Kammer, allgemein mit 11 bezeichnet, einem Sputtertarget 12, einer Scheibenabstützung 13, einer Scheibentransportöffnung 14 sowie einem Schei­ bentransportmechanismus 15, der schematisch dargestellt ist. Der Scheibentrans­ portmechanismus 15 führt die Scheiben entlang eines Transportweges, der durch die Bezugsziffer 16 angegeben ist.

Wie nachfolgend in größerem Detail beschrieben werden wird, können die Halb­ leiterscheiben 17 von der Abstützung 13 durch einen Anhebemechanismus ange­ hoben werden, der mit der Bezugsziffer 18 versehen ist. Auf diese Weise können sie in den Transportweg 16 hineingehoben werden und umgekehrt von diesem Weg auf die Abstützung 13 abgesenkt werden.

Ein Ringschirm 19 befindet sich zwischen der Abstützung 13 und dem Target 12 und liegt in der Tat in dem Scheibentransportweg 16 aus Gründen, die nachfol­ gend noch erläutert werden sollen.

Es soll nun auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen werden, die die Beziehung zwi­ schen dem Ringschirm 19, der Scheibe 17 und der Scheibenabstützung 13 im größeren Detail wiedergeben. Dementsprechend ergibt sich aus den Fig. 1 und 2, daß die Führungskante 20 des Ringschirmes 19 über die Scheibe 17 hinaushängt, die wiederum die Abstützung 13 überragt. Wie dargestellt ist, baut sich die Schicht aus deponiertem Material 21 auf dem Ringschirm 19 auf, während die Zyklen ab­ laufen, wobei hierdurch der Abschirmbereich ansteigt, ohne daß hierdurch die De­ position 22 auf der Scheibe zu stark beeinflußt wird.

Bis zu einem gewissen Ausmaß ist diese Simulation nach den Fig. 1 und 2 sowohl anwendbar auf die vorliegende Ausführungsform als auch die Anordnung nach dem vorher erläuterten Stand der Technik. Wie jedoch aufgezeigt wurde, kann die Position des Ringschirmes 19 Lade- und Entladeprobleme präsentieren und dar­ über hinaus, obwohl ein Labyrinthweg 23 kreiert wird zwischen der Scheibe 17 und dem Ringschirm 19, ist dies nicht notwendigerweise hinreichend, um einen Schutz gegen eine Rückdeposition auf der Scheibe zu bieten.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, wird das zweite dieser Probleme überwunden, indem ein weiterer Ringschirm 24 um die Peripherie der Abstützung 13 vorgesehen wird, so daß dieser unter den überhängenden Teil 25 der Scheibe 17 zu liegen kommt, so daß damit eine Deposition auf diesem Teil verhindert wird. Der weitere Schirm besitzt eine Radialverlängerung 26, die so gerichtet ist, daß die Kante 27 der Scheibe 17 geschützt wird, während die Verlängerung 26 sich außerdem entlang der unteren Oberfläche des Schirmes 19 erstreckt, um die Wirksamkeit des Laby­ rinthweges 23 zu erhöhen.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind Öffnungen 28 in dem Rückschirm 24 ausgebil­ det, um zu ermöglichen, daß Anhebestifte 29 hier hindurchgreifen und die Scheibe 17 von der Abstützung 13 anheben. Der Ringschirm 19 wird durch eine weitere Gruppe von Stiften 30 abgestützt, wobei, wie sich aus Fig. 8 ergibt, beide Gruppen von Stiften von einem Ring 31 getragen werden. Der Ring kann angehoben wer­ den, so daß die erste Gruppe von Stiften 29 die Scheibe 17 anheben, während die zweite Gruppe von Stiften 30 den Ringschirm 19 aus dem Transportweg 16 her­ ausheben, so daß der Scheibentransportmechanismus 15 die angehobene Schei­ be 17 entfernen und durch die nächste ersetzen kann. Nachdem die nachfolgende Scheibe auf die erste Gruppe von Stiften 29 aufgelegt ist, wird der Ring 31 abge­ setzt, so daß die Scheibe 17 auf der Abstützung 13 plaziert wird, während der Ringschirm 19 in seine Betriebsposition zurückkehrt.

Es ist ersichtlich, daß der Ringschirm 19 ein im Querschnitt L-förmiges Element 32 an seiner Außenseite trägt, welches angeordnet ist, um mit einer Führungskante 33 an der inneren Kammerabschirmung 34 zusammenzuwirken. Diese beiden Führungskanten 32 und 33 verhindern, daß das meiste Material unter den Ring­ schirm 19 herabgeführt wird, wobei jedoch stromabwärtig eine Serpentinenpumpe zur Verfügung gestellt wird, wie durch den Pfeil in Fig. 7 erläutert ist.

Es soll nun auf die Fig. 4 bis 6 und 8 Bezug genommen werden, die eine entspre­ chende Anordnung für eine Situation zeigen, in welcher es angestrebt wird, Mate­ rial an der Kante der Scheibe 17 zu deponieren. In diesem Fall erstreckt sich der Ringschirm 19 nicht über diese Kante, sondern wirkt als Schirm zur Begrenzung des Materials, welches auf der Radialverlängerung 26' deponiert wird, die von der exponierten Kante abfällt, während das Labyrinth nach wie vor aufrechterhalten bleibt.

Diese geneigte Konstruktion der Verlängerung 26' bedeutet, daß es eine signifi­ kante Zeitdauer für das Material einnimmt, in welcher das Material hierauf depo­ niert wird, bis es sich zu einem Niveau aufbaut, welches das Aufsetzen der Schei­ be 17 oder deren Transport stört. Im übrigen arbeitet diese Anordnung in einer ähnlichen Weise wie die Anordnung, die in den Fig. 1 bis 3 und 7 erläutert ist.

Eine extra Abschirmung ist bei 34 und 35 vorgesehen.

Diese Anordnungen, wie sie oben diskutiert wurden, bieten eine sehr elegante Lösung für das beschriebene Problem. In der Tat wurde herausgefunden, daß die Abschirmung derart ist, daß eine wiederholte und fortlaufende Deposition auf Scheiben erreicht werden kann, während der gesamten Lebensdauer eines Tar­ gets ohne das Erfordernis, die Abschirmung zu ersetzen, und ohne unerwünschte Rückdeposition oder Kantendeposition, wogegen eine Abschirmung besteht. Die Anordnung vermeidet die Notwendigkeit der Verschiebung der Abstützung zwi­ schen einer jeden Scheibe, obwohl eine progressive Bewegung der Abstützung in Richtung auf das Target vorgenommen werden könnte, um die Tatsache zu kom­ pensieren, daß das Target verbraucht wird. Die Anordnung ist für diesen Fall be­ sonders vorteilhaft, da eine entsprechende Justierung der Position der Schirme möglich ist einfach durch Veränderung der Ruheposition des Ringes. Der Ort des Transportweges kann in gleicher Weise justiert werden.

Bei bestimmten Bearbeitungsanordnungen können vorbestimmte Positionen für die Abstützung und dem Ringschirm 19 ausgewählt werden zur Anpassung an bestimmte Bearbeitungsphasen. Die vorgenannte Anordnung ist auf der einen Seite vorteilhaft, da sie eine Abschirmung der Rückabschirmung zur Verfügung stellt, insbesondere bei der Anordnung nach den Fig. 4 bis 6 und 8 und anderer­ seits, da sie es ermöglicht, daß die Ringschirmposition in der Transferebene eine der Optionen ist.

Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angegeben werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung lediglich um eine solche beispielhaften Cha­ rakters handelt und daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Deponieren einer Materialschicht auf einem Werkstück mit einer Kammer, einer Materialquelle, einer Werkstückabstützung zum Abstützen eines Werkstückes mit einer exponierten Oberfläche, die der Materialquelle zuge­ wandt ist, auf welcher eine Schicht deponiert wird, einer Einrichtung zum Beladen und Entladen des Werkstückes entlang eines Transportweges und einer Abschir­ mung, die zwischen der Abstützung und der Materialquelle angeordnet ist zur Be­ grenzung der Menge an Material, welches auf der oder angrenzend an die Peri­ pherie der Abstützung oder des Werkstückes deponiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (19) in dem Transportweg (16) liegt und daß die Vorrichtung dar­ über hinaus einen Mechanismus (18) umfaßt zur Bewegung des Schirmes (19) aus dem Transportweg (16) heraus während des Beladens und des Entladens.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Abschirmung (24) die Abstützung (13) umgibt zur Abschirmung der Rückseite der Peripherie des Werkstückes (17).

3. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in seiner Abschirmposition der zuerst erwähnte Schirm (19) einen Laby­ rinthweg (23) mit der Abstützung (13), dem weiteren Schirm (24) und/oder dem Werkstück (17) bildet.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3 in Abhängigkeit von Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der weitere Schirm (24) eine Radialverlängerung (26) besitzt.

5. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Einrichtung (18) zum Anheben und Absenken des Werk­ stückes (17) vorgesehen ist, in den Transportweg (16) hinein oder aus diesem heraus.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhebe- /Absenkeinrichtung (18) an den Mechanismus zur Bewegung der Abschirmung angelenkt ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anhebe- /Absenkvorrichtung einen anhebbaren Rahmen umfaßt, welcher eine erste Grup­ pe von Stiften (29), die mit dem Werkstück (17) zum Eingriff führbar sind, und eine zweite Gruppe von Stiften (30) umfaßt, die mit der Abschirmung (19) zum Eingriff führbar sind.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des zweiten Schirms (24) die Kante des Werkstückes (17) abschirm­ bar ist.

9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schirm (24) bei seiner radial nach außen erfolgenden Erstreckung abfällt, um eine Deposition an der Kante des Werkstückes (17) zu ermöglichen.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kammer einen Kantenvorsprung besitzt oder definiert, wobei der ersterwähnte Schirm (19) eine entsprechende und kooperierende Vorsprungform besitzt derart, daß dann, wenn sich der erste Schirm (19) in seiner Schirmposition befindet, die Vorsprünge einen Labyrinthweg (23) bildet.

11. Vorrichtung zum Deponieren einer Schicht mit einer Materialquelle, einer Werkstückabstützung, einer ersten Abschirmung zur Abschirmung der Rückperi­ pherie eines Werkstückes auf der Abstützung sowie einer zweiten Abschirmung, die sich zwischen der Quelle und der ersten Abschirmung zur Abschirmung der ersten Abschirmung befindet.