DE1272680B

DE1272680B - Device for vacuum vapor deposition of layers on a large number of documents covered with masks

Info

Publication number: DE1272680B
Application number: DE1963J0024422
Authority: DE
Inventors: Ehrhard Schreiber
Original assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Current assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Priority date: 1963-09-16
Filing date: 1963-09-16
Publication date: 1968-07-11

Description

Vorrichtung zum Vakuumaufdampfen von Schichten auf eine große Anzahl von mit Masken abgedeckten Unterlagen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vakuumbedampfung von Körpern, wie sie insbesondere in der Halbleiter- und Mikromodultechnik vorkommen. So wird z. B. bei der Herstellung von Mesatransistoren gefordert, paarweise Gold- und Aluminiumstreifen auf eine Halbleiterunterlage in einem bestimmten streng definierten Abstand voneinander aufzudampfen. Für die genaue geometrische Begrenzung der aufzudampfenden Schicht werden in den Strahlengang der von einer punktförmigen Dampfquelle ausgehenden Atomstrahlen Blenden angebracht. Der zu bedampfende Körper soll im folgenden als Fänger bezeichnet werden. Es ist z. B. bei der Herstellung von Mesatransistoren bekannt, vor dem Fänger eine Blende mit einem Schlitz anzubringen und zwei punktförmige Dampfquellen zur Verdampfung von zwei verschiedenen Metallen, wie Aluminium und Gold, seitlich von der durch die Blendenöffnungen auf die Fängeroberfläche gerichteten Flächennormalen so anzuordnen, daß der Dampfstrahl etwas schräg auf die Fängeroberfläche fällt und somit die Verdampfungssubstanzen dort getrennt voneinander niedergeschlagen werden können.Device for vacuum deposition of layers on a large number of documents covered with masks The invention relates to a device for Vacuum evaporation of bodies, such as those used in particular in semiconductor and micromodule technology occurrence. So z. B. required in the manufacture of mesa transistors, in pairs Gold and aluminum strips on a semiconductor substrate in a particular strict evaporation defined distance from each other. For the exact geometric limitation the layer to be vapor-deposited is in the beam path of a point-shaped Apertures attached to the atomic beams emanating from the vapor source. The body to be steamed shall be referred to as catcher in the following. It is Z. B. in manufacture known from mesa transistors to attach a panel with a slot in front of the catcher and two point sources of steam for the evaporation of two different metals, like aluminum and gold, laterally from the through the aperture to the catcher surface aligned surface normals so that the steam jet is slightly oblique the surface of the catcher falls and thus the evaporation substances are separated from one another there can be knocked down.

Es. ist ohne weiteres verständlich, daß zur Erzielung einer geometrisch scharfen Begrenzung der Aufdampfschicht eine punktförmige Dampfquelle benötigt wird, da die Projektion in diesem Fall, gutes Vakuum vorausgesetzt, den optischen Gesetzen folgt. Für die gleichzeitige Bedampfung einer größeren Anzahl von Gegenständen, was natürlich für die Produktion von großer Bedeutung ist, ist man an bestimmte Bedingungen gebunden, die weitgehend gleiche Bedampfungsverhältnisse, wie z. B. gleichen Abstand zwischen Bedampfungsquelle, Blenden und den zu bedampfenden Körpern, gewährleisten.It. is readily understandable that to achieve a geometrical sharp delimitation of the vapor deposition layer, a point source of steam is required, since the projection in this case, assuming a good vacuum, the optical laws follows. For simultaneous steaming of a large number of objects, what is of course of great importance for the production is one to certain Conditions bound that largely the same vaporization, such. B. the same distance between the vapor source, panels and the bodies to be vaporized, guarantee.

Es ist z. B. ebenfalls bekannt, eine beschränkte Anzahl von zu bedampfenden Körpern geradlinig auf einem Band oder kreisförmig auf einem Teller an den entsprechenden Dampfquellen vorbeizubewegen. Die erforderliche Punktförmigkeit läßt sich dabei durch Vorsetzen einer Lochblende in unmittelbarer Nähe der Dampfquellen erzielen. Diese bekannte Anordnung bringt aber einen erheblichen Nachteil mit sich, da nämlich nur ein geringer Teil der von der Dampfquelle nach allen Richtungen ausgehenden Atomstrahlen auf den Trägerkörper aufgedampft wird, und zwar ein Teil der Atomstrahlen, die von der Verdampfungsquelle in einer einzigen Richtung, nämlich durch die Blende auf den zu bedampfenden Körper verlaufen, ist der Wirkungsgrad schlecht. Das fällt natürlich bei so wertvollen Metallen wie Gold besonders ins Gewicht. Außerdem müssen die Dampfquellen entsprechend der Anzahl der Fänger jeweils neu beschickt werden.It is Z. B. also known, a limited number of to be steamed Bodies in a straight line on a belt or in a circle on a plate to the corresponding To move sources of steam past. The required punctiformity can be achieved by placing a perforated screen in the immediate vicinity of the steam sources. However, this known arrangement has a significant disadvantage, namely because only a small part of that emanating in all directions from the steam source Atomic beams are vaporized onto the carrier body, namely a part of the atomic beams, from the evaporation source in a single direction, namely through the aperture run on the body to be steamed, the efficiency is poor. That falls Of course, especially when it comes to such valuable metals as gold. Also have to the steam sources are each refilled according to the number of catchers.

Eine andere bekannte Anordnung zur Bedampfung mehrerer, allerdings auch nur einer beschränkten Anzahl, Objekte besteht darin, die Dampfquellen wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, kreisförmig anzuordnen. Der besseren übersichtlichkeit wegen wird in den Figuren jeweils nur ein Streifenpaar gezeichnet. Da die Durchmesser der Streifenpaare in der Praxis in der Größenordnung von einigen Mikron liegen, können pro Fänger mehrere Reihen und Kolonnen nebeneinander untergebracht werden, ohne daß sich die geforderte Symmetrie wesentlich ändert.Another known arrangement for steaming several, however even of a limited number, objects is like the sources of steam from Fig. 1 can be seen to be arranged in a circle. Better clarity Because of this, only one pair of stripes is drawn in each of the figures. Because the diameter the pairs of strips are in practice on the order of a few microns, several rows and columns can be accommodated next to each other per catcher, without the required symmetry changing significantly.

In F i g. 1 sind oberhalb der zu bedampfenden Fänger 1 Masken 2 unter Zwischenlage von Distanzfolien 3 zur Begrenzung der vors den Dampfquellen 4 ausgehenden Atomstrahlen angeordnet. So ist es beispielsweise möglich, die kostbarere Substanz in der Verdampfungsquelle A unterzubringen und die weniger kostbarere in den Verdampfungsquellen B. Nachteilig ist bei dieser Art der Anordnung die schlechte Justierbarkeit der Dämpfquellen B. Die für eine kontinuierliche Produktion notwendigen Bedampfungsverhältnisse, d. h. der Abstand von Bedampfungsquelle zur Blende und der Auftreffwinkel können nicht konstant gehalten werden, da nur eine Bed@ampfungsquelle zentrisch angeordnet ist. Außerdem sind für die Dampfquellen B zusätzliche Stromdurchführungen erforderlich. Verzichtet man auf die Stromdurchführungen, so müssen zur individuellen Regelung die Dampfquellen B im Rezipienten durch Schalter nacheinander angeschlossen werden können. Auch dieses ist allerdings schlecht realisierbar, da in den Verdampfungsspiralen immerhin Stromstärken von 50 bis 100 A auftreten.In Fig. 1 are above the catcher to be steamed 1 masks 2 below Intermediate layer of spacer foils 3 to limit the outgoing in front of the steam sources 4 Atomic beams arranged. For example, it is possible to use the more precious substance to accommodate in the evaporation source A and the less valuable in the evaporation sources B. The disadvantage of this type of arrangement is the poor adjustability of the Steam sources B. The steam conditions necessary for continuous production, d. H. the distance from the vaporization source to the screen and the angle of incidence can cannot be kept constant, since only one source of damping is arranged centrally is. In addition, additional power feed-throughs are required for the steam sources B. If the current feedthroughs are not used, individual control must be carried out the steam sources B in the recipient are connected one after the other by switches can. However, this is also difficult to implement because it is in the evaporation coils after all, currents of 50 to 100 A occur.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich der Wirkungsgrad der Dampfquellen wesentlich erhöhen läßt, wenn die Fänger rotationssymmetrisch zu der Verbindungslinie zweier oder mehrerer Dampfquellen angeordnet sind, d. h. wenn gewissermaßen die Dampfquellen Bin F i g. 1 um die Dampfquelle A nach oben geklappt und in einem Punkt vereinigt werden. Durch diese Art der Bedampfung sind für eine große Anzahl von Fängern streng definierte Bedingungen, wie gleicher Abstand der Dampfquellen von den Fängern, gleicher Winkel zwischen Einstrahlrichtung und Flächennormale usw., gegeben.The invention is based on the knowledge that the efficiency the steam sources essential can increase if the catcher is rotationally symmetrical are arranged to the connecting line of two or more steam sources, d. H. if to a certain extent the steam sources Bin F i g. 1 to the steam source A. folded and united in one point. By this type of steaming are for a large number of catchers strictly defined conditions, such as equal distance the steam sources from the catchers, same angle between the direction of irradiation and Surface normals, etc., given.

Durch diese vorteilhafte Anordnung ist nicht nur die geforderte Geometrie gewährleistet, sondern es können nunmehr eine Vielzahl von Halbleiterscheiben: (mit je 100 und mehr Strukturen) gleichzeitig bedampft werden, was für die Produktion von Vorteil ist.This advantageous arrangement not only provides the required geometry guaranteed, but a large number of semiconductor wafers can now be used: (with 100 and more structures each) are vaporized at the same time, which is important for production is beneficial.

Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Bedampfungsvorrichtung soll diese an Hand der F i g. 2 beispielsweise erläutert werden.For a better understanding of the vapor deposition device according to the invention should this be based on FIG. 2, for example.

Am Rande eines Halteringes 1 sind mit ihrem einen Ende hitzebeständige Haltestäbe 2 z. B. aus Wolfram in gleichen Abständen nebeneinander befestigt. Die gemeinsame Umhüllungsfläche aller Haltestäbe umschließt einen Zylinder. Die Haltestäbe tragen an ihren freien Enden die Trägerkörper 6 und die Fänger 3 mit den vor der Fängeroberfiäche angeordneten Distanzfolien 4 und der abdeckenden Maske 5. Die zu bedampfende Oberfläche der Fänger ist nach innen gerichtet, d. h., da die Fänger rotationssymmetrisch zu der Achse des durch die gemeinsame Umhüllungsfläche aller Haltestäbe dargestellten Zylinders angeordnet sind, daß diese Oberfläche parallel der Zylinderachse verläuft und dieser zugewandt ist.At the edge of a retaining ring 1 are heat-resistant at one end Holding rods 2 z. B. made of tungsten fixed side by side at equal intervals. the common enveloping surface of all holding rods encloses a cylinder. The holding rods wear at their free ends the support body 6 and the catcher 3 with the front of the The spacer foils 4 arranged on the catcher surface and the covering mask 5 The steaming surface of the catcher is directed inwards, i.e. i.e., as the catcher rotationally symmetrical to the axis of the by the common envelope surface of all Holding rods shown cylinder are arranged that this surface is parallel runs along the cylinder axis and faces it.

Die Dampfquellen. 7 zur Verdampfung der aufzudampfenden Stoffe sind in veränderlichem Abstand voneinander übereinander angeordnet, und zwar so, daß ihre Verbindungslinie mit der erwähnten Zylinderachse zusammenfällt und den Haltering 1 in dessen Mittelpunkt durchstößt. Die beiden Dampfquellen A und B sind getrennt aufheizbar. Zwischen ihnen ist zur Verhinderung einer gegenseitigen Bedampfung ein Abschirmblech 8 eingebaut.The steam sources. 7 for the evaporation of the substances to be evaporated are arranged one above the other at a variable distance from one another, in such a way that their connecting line coincides with the aforementioned cylinder axis and pierces the retaining ring 1 in its center. The two steam sources A and B can be heated separately. A shielding plate 8 is installed between them to prevent mutual vapor deposition.

Bei vielen Aufdampfprozessen ist es erforderlich, die Trägerkörper vor der eigentlichen Bedampfung auszuheizen: und auch nach der Bedampfung einer Wärmebehandlung zu unterziehen.. Eine derartige Wärmebehandlung kann in der Heizzone 9 erfolgen. Weiterhin ist es üblich, vor der effektiven Verdampfung die Dampfquellen kurz hochzuheizen, um dadurch Oberflächenverunreinigungen zu entfernen. Während des Reinigungsvorganges müssen die Fänger außerhalb der optischen Sicht der Dampfquellen liegen. Dies läßt sich leicht durch Einfahren der Fänger in die Heizzone erreichen. Die eigentliche Heizzone wird durch den Raum zwischen zwei zu einem n-Eck gebogenen zentrisch ineinandergesetzten flachen Metallzylindern 10 mit unterschiedlichen Durchmessern gebildet. Diese Metallzylinder 10 sind oberhalb der Fänger 3 angeordnet, so daß die bereits genannten Haltestäbe 2 mit den kompletten Trägern 3 bis 6 daran durch den Raum zwischen den Metallzylindern 10 hindurchgeführt werden können. Die Metallzylinder sind ebenfalls getrennt i aufheizbar. Durch translatives Verschieben des Halteringes 1 lassen sich die Trägerkörper 3 bis 6 an den Haltestäben wahlweise in die Heizzone 9 oder in die Bedampfungszone für den Aufdampfprozeß bringen. Da der Abstand zwischen Maske 5 und Fänger 3 für alle Bedampfungsobjekte der gleiche sein muß, weil sich anderenfalls die Geometrie der kondensierten Substanzen auf der Fängeroberfläche ändern würde, ist es erforderlich, gleichstarke Distanzfolien 4 für sämtliche Fänger zu verwenden. Der konstante Abstand läßt sich beispielsweise so erreichen, daß die Trägerplättchen 6 mit der Maske 5 und der Distanzfolie 4 gemeinsam verstiftet und durch seitliche Klemmen zusammengehalten werden.Many vapor deposition processes require the carrier body to bake out before the actual steaming: and also after the steaming of a To undergo heat treatment .. Such heat treatment can be carried out in the heating zone 9 take place. It is also common practice to remove the steam sources before effective evaporation briefly heating up to remove surface contamination. While During the cleaning process, the catchers must be out of the visual line of sight of the steam sources lie. This can easily be achieved by moving the catcher into the heating zone. The actual heating zone is bent into an n-corner through the space between two centrally nested flat metal cylinders 10 with different diameters educated. These metal cylinders 10 are arranged above the catcher 3 so that the already mentioned support rods 2 with the complete carriers 3 to 6 through it the space between the metal cylinders 10 can be passed. The metal cylinder can also be heated separately. By translating the retaining ring 1, the carrier bodies 3 to 6 can optionally be placed on the holding rods in the heating zone 9 or bring it into the vapor deposition zone for the vapor deposition process. Since the distance between Mask 5 and catcher 3 must be the same for all objects to be vaporized, because otherwise the geometry of the condensed substances on the catcher surface would change, it is necessary to have spacers 4 of the same thickness for all catchers to use. The constant distance can be achieved, for example, so that the Carrier plate 6 pinned together with the mask 5 and the spacer film 4 and are held together by side clamps.

Die obenerwähnte translative Verschiebung des Halteringes 1 kann beispielsweise leicht durch eine magnetische Kupplung 11 durch einen an den V2A-Rezipienten 12 angeschweißten Zylinder hindurch vorgenommen werden. Es ist nicht erforderlich, die Träger 3 bis 6 durch die Heizzone hindurchzuführen, wenn, abweichend von F i g. 2, die Halterung mit den Haltestäben von unten, d. h. vom Rezipiententeller her, verschiebbar angeordnet ist.The above-mentioned translative displacement of the retaining ring 1 can, for example easily through a magnetic coupling 11 through one to the V2A recipient 12 welded cylinder can be made through. It is not necessary, to pass the carriers 3 to 6 through the heating zone if, notwithstanding F i G. 2, the bracket with the support rods from below, d. H. from the recipient's plate, is arranged displaceably.

Die geometrische Form -und Größe der aufgedampften Flächen ist durch die Form der Maskenöffnungen 13 und durch den Abstand der Dampfquellen 7 zueinander, sowie den Abstand der Maske von den Fängern bestimmt. Der Winkel, unter dem die Dampfstrahlen einfallen, d. h., der Winkel zwischen Einstrahlrichtung und Flächennormale ist für alle die Trägerkörper gleich, die in einer Ebene angeordnet sind. Letzteres ist dann von Interesse, wenn an einem jeden Haltestab mehrere Trägerkörper in Stabrichtung nebeneinander befestigt sind.The geometric shape and size of the vapor-deposited surfaces is through the shape of the mask openings 13 and the distance between the steam sources 7, and the distance between the mask and the catchers is determined. The angle at which the Incidence of steam jets, d. That is, the angle between the direction of irradiation and the surface normal is the same for all the support bodies which are arranged in one plane. The latter is of interest if there are several support bodies on each holding rod in the direction of the rod are attached next to each other.

Bei der Aufdampfung von zwei in einem bestimmten Abstand nebeneinanderliegenden Schichten, wie sie z. B. bei der Herstellung von Mesatransistoren vorkommt, läßt sich dieser geforderte Abstand durch eine relative Verschiebung der Dampfquellen zueinander einstellen.In the case of vapor deposition of two adjacent to each other at a certain distance Layers such as B. occurs in the manufacture of mesa transistors, can this required distance is achieved by a relative displacement of the steam sources adjust to each other.

Voraussetzung für die Erzielung scharfer Konturen der aufgedampften Schichten ist eine weitgehende Punktförmigkeit der Dampfquellen 7. Diese läßt sich beispielsweise durch eine Verdampfung mittels Elektronenstrahl, Hochvakuumlichtbogen oder mittels elektrischer Aufheizung geeignet bearbeiteter Wolframbügel erreichen.Prerequisite for achieving sharp contours of the vapor-deposited Layers is a largely punctiform nature of the steam sources 7. This can be for example by evaporation by means of an electron beam, high vacuum arc or achieve suitably processed tungsten stirrups by means of electrical heating.

Der in F i g. 2 erläuterte Aufbau eurer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist lediglich als Beispiel aufzufassen.The in F i g. 2 explained structure of your device according to the invention is only to be regarded as an example.

Die Anlage ist auch dann funktionsfähig, wenn die Dampfquellen so angeordnet sind, daß ihre Verbindungslinie eine beliebige Richtung im Raum einnimmt, sofern die zu bedampfenden Körper rotationssymmetrisch dazu liegen.The system is functional even if the steam sources are so are arranged so that their connecting line takes any direction in space, provided that the bodies to be steamed are rotationally symmetrical to it.

Claims

Claims: 1. Device for simultaneous vacuum deposition of two, each consisting of different substances and by a certain one Spaced apart layers on a large number of covered with masks, Documents by means of point sources of steam, characterized in that in one Recipients (12) axially the steam sources (7) and rotationally symmetrical to this to be steamed catcher (3) are arranged.

2. Apparatus according to claim 1, characterized marked that the catcher to be steamed (3) of holding rods (2) are carried, which are arranged on a retaining ring (1).

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the retaining ring (1) is translative is arranged displaceably by a magnetic coupling (11).

4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that rotationally symmetrical to the steam sources (A; B) two nested, separately heatable metal polygon columns (10), for. B. of molybdenum, are arranged. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1006 691; "Plastikverarbeiter", 1953, p. 287; "Scientia Electrica", 1960, issue 2, p. 86.