DE19649412B4

DE19649412B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Bewegen eines Substrats

Info

Publication number: DE19649412B4
Application number: DE19649412A
Authority: DE
Inventors: Steven Hurwitt; Ira Reiss; Marian Zielinski; Swie-In San Jose Tan
Original assignee: Read Rite Corp; Materials Research Corp
Current assignee: Read Rite Corp; Materials Research Corp
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: DE19649412A1; CH691596A5; US5795448A; JPH10116789A; JP4037932B2

Abstract

Vorrichtung zum Drehen eines Substrats (42) innerhalb einer Kammer (50) mit einer Wand zum Bilden eines Hohlraums (52), gekennzeichnet durch:
– eine erste Dreheinrichtung (40, 80), zum Ermöglichen einer Drehung des (ersten) Substrats (42) um eine erste Achse (46), wobei die erste Dreheinrichtung (40, 80) innerhalb des Hohlraums (52) liegt;
– eine zweite Dreheinrichtung (84, 86, 88) zum Ermöglichen der Drehung eines Planetenrads (90) um die erste Achse (46), wobei diese zweite Dreheinrichtung (88) außerhalb der Kammer (50) liegt;
– eine Magneteinrichtung (74, 76, 78, 98, 100, 102) zum magnetischen Koppeln der ersten und zweiten Dreheinrichtung (40, 80; 88) durch die Wand hindurch, um es zu ermöglichen, dass sich diese gemeinsam um die erste Achse (46) drehen;
– ein Sonnenrad (92), das für ein Kämmen mit dem Planetenrad (90) außerhalb der Kammer (50) ausgebildet ist; und
– eine erste Antriebseinrichtung (70; 14, 64, 82), die...

Description

Priorität: B. Dezember 1995, USA, Serial-No. 08/570,220(P)

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bewegen eines Substrats während eines Sputterprozesses, und spezieller betrifft sie eine Vorrichtung mit magnetischen Elementen zum magnetischen Ankoppeln voneinander beabstandeter Elemente der Vorrichtung, um es zu ermöglichen, das Substrat während des Sputterprozesses zu drehen.
Bei der Herstellung integrierter Schaltungen wird typischerweise ein Sputterprozess verwendet. Bei diesem Prozess wird eine dünne Schicht oder ein Film aus Metall auf einem Substrat wie einem Halbleiterwafer hergestellt. Zur Filmherstellung wird ein Sputtersystem verwendet. Ein Sputtersystem beinhaltet eine Vakuumkammer mit einer Kathode mit einem Quellentarget. Während des Sputterprozesses wird Material vom Quellentarget entfernt und anschließend auf dem Substrat abgeschieden, um den Film auszubilden.
Aus JP 01 184 277 A ist eine Vorrichtung zum Drehen eines Substrats bekannt, bei welcher die Entstehung von Staub sowie das Auftreten eines Getriebespiels dadurch verhindert werden, dass eine Scheibe mit magnetischen Zähnen koaxial auf einem Substrathalter angeordnet ist. Die magnetischen Zähne der Scheibe liegen gegenüber Magneten, so dass die Scheibe durch die magnetischen Kräfte gedreht wird.
Es ist erwünscht, dass der auf dem Substrat ausgebildete Film eine Dicke mit hoher Gleichmäßigkeit aufweist. Beispielsweise ist es bei Halbleiterwafern erwünscht, dass der Film eine Dickengleichmäßigkeit aufweist, die bezüglich der dicksten und dünnsten Filmbereiche den Bereich von ±5% nicht überschreitet. Eine Dickengleichmäßigkeit in diesem Bereich kann durch geeignetes Design der Kathode erzielt werden. Für andere Typen von Erzeugnissen, wie Köpfe für magnetische Datenspeicherung und -suche, ist ein höheres Ausmaß an Dickengleichmäßigkeit erwünscht, das den Bereich von ±2% oder etwas mehr nicht überschreitet. Es hat sich herausgestellt, dass eine Dickengleichmäßigkeit in diesem Bereich nicht alleine durch das Kathodendesign auf einfache Weise erzielbar ist. Daher werden andere Techniken zum Verbessern der Gleichmäßigkeit verwendet.
Eine derartige Technik zum Verbessern der Gleichmäßigkeit umfasst das Bewegen des Substrats mit vorbestimmter Bewegung bezüglich des Quellentargets, während das Substrat besputtert wird. Es werden verschiedene Typen von Bewegungen verwendet. Ein allgemein verwendeter Bewegungstyp umfasst das lineare Vorbeifahren des Substrats an der Kathode. Ein anderer Bewegungstyp sorgt für ein Verdrehen des Substrats relativ zur Kathode. Ein weiterer Bewegungstyp sorgt sowohl für eine bogenförmige Bewegung als auch eine gleichzeitige Drehung des Substrats, wodurch ein Verbundmuster von Bewegungen erzeugt ist.
Typischerweise wird zum Erzeugen des Verbundmusters ein Planetengetriebemechanismus verwendet. In 1 ist ein herkömmlicher Planetengetriebemechanismus 10 dargestellt, wie er in Verbindung mit einem Sputtersystem 12 verwendet wird. Der Antriebsmechanismus 10 umfasst eine Antriebswelle 14 und einen Antriebsmotor 16 zum drehenden Antreiben der Antriebswelle 14 um eine Mittelachse 18. Das System 12 umfasst eine Kammer 20 mit einem Innenhohlraum 24 und einem Pumpstutzen 22. Die Kammer 20 umfasst ferner mindestens eine Kathode 26 zum Herstellen eines Dünnfilms auf einem Substrat. Die Antriebswelle 14 erstreckt sich durch ein an der Kammer 20 befestigtes Durchführungselement 28 hindurch in den Hohlraum 24. In der Verwendung wird der Hohlraum 24 durch eine Vakuumpumpe oder eine andere geeignete Vorrichtung (nicht dargestellt) durch den Pumpstutzen 22 hindurch auf einen für den Sputtervorgang geeigneten Vakuumpegel evakuiert. Das Durchführungselement 28 dient dazu, die Antriebswelle 14 und die Kammer 20 so abzudichten, dass das Vakuumniveau innerhalb der Kammer im wesentlichen aufrechterhalten bleibt.
Der Antriebsmechanismus 10 beinhaltet ferner ein Sonnenrad 30 mit zentrischer Bohrung 32. Dieses Sonnenrad 30 ist an der Kammer 20 innerhalb des Hohlraums 24 befestigt und demgemäß stationär. Die Antriebswelle 14 erstreckt sich durch die zentrische Bohrung 32 und erstreckt sich bis über das Sonnenrad 30. Radial ausgehend von der Antriebswelle 14 erstrecken sich mehrere Armelemente 34, so dass eine speichenartige Anordnung gebildet ist. Jedes der Armelemente 34 umfasst ein Lagergehäuse 36 mit einer Tragplattenwelle 38. Jede Tragplattenwelle 38 ist zwischen einer Tragplatte 40 zum Tragen eines Substrats 42 und einem Planetenrad 44 befestigt, das mit dem Sonnenrad 30 kämmt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zähne jedes Planetenrads 44 und des Sonnenrads 30 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Jedes Lagergehäuse 36 ist so ausgebildet, dass es eine Drehung der zugehörigen Tragplattenwelle 38, des Planetenrads 44 und der Tragplatte 40 ermöglicht, wobei sich das Substrat 42 um eine zugehörige Tragplattenachse 46 dreht.
Im Betrieb wird der Antriebsmotor 16 so aktiviert, dass er für eine Drehung der Antriebswelle 14 sorgt. Eine Drehung der Antriebswelle 14 bewirkt eine entsprechende Kreisdrehung jedes der Armelemente 34, jedes Lagergehäuses 36, der Tragplattenwelle 38, der Tragplatte 40 und des Substrats 42 um die Mittelachse 18. Diese Kreisdrehung sorgt in Verbindung mit dem Eingriff zwischen jedem Planetenrad und dem Sonnenrad 30 für eine gleichzeitige Drehung jedes Planetenrads 44 und der zugehörigen Tragplattenwelle 38, der Tragplatte 40 und damit jedes Substrats 42 um die zugehörige Tragplattenachse 46.
Während eines Sputterprozesses entsteht eine Abscheidungszone 49 zum Ausbilden eines dünnen Films auf jedem Substrat 42 benachbart zur Kathode 26 innerhalb des Hohlraums 24. Die Kathode 26 ist typischerweise so innerhalb der Kammer 20 positioniert, dass jedes Substrat 42 mit einer bogenförmigen Bewegung durch die Abscheidungszone 49 läuft, und zwar aufgrund der Kreisbewegung jedes Substrats 42 um die Mittelachse 18. Diese bogenförmige Bewegung führt in Verbindung mit der gleichzeitigen Drehung jedes Substrats 42 um seine zugehörige Tragplattenachse 46 zu einem Verbundmuster betreffend die Bewegung des Substrats 42, wenn sich dieses in der Abscheidungszone 49 befindet. Es hat sich gezeigt, dass derartige Verbundmuster zum Verbessern der Filmgleichmäßigkeit hoch-wirkungsvoll sind.
Jedoch weisen derartige Antriebsmechanismen Nachteile auf. Ein Nachteil ist der, dass das Sonnenrad 30 und jedes Planetenrad 44 aufgrund des Kontakts abgenutzt werden, und zwar trotz der Verwendung von Schmiermittel. Eine derartige Abnutzung führt zur Entstehung einer großen Menge an Metallteilchen, von denen einige nur 0,2 μm groß sind, innerhalb des Hohlraums 24. Während des Verlaufs eines Sputterprozesses werden viele dieser Teilchen in den auf einem Substrat ausgebildeten Film eingebettet. Dies verursacht häufig Fehler in Bauteilen, die den Film enthalten. Beispielsweise ist es erwünscht, dass die Teilchendichte in einem Film kleiner als 0,1 Teilchen pro cm² der Substratfläche ist. Jedoch hat es sich herausgestellt, dass Antriebsmechanismen, die Zahnräder verwenden, häufig eine Teilchendichte von 100 oder mehr Teilchen pro cm² der Substratfläche erzeugen, wodurch die gewünschte Teilchendichte erheblich überschritten ist.
Ferner sind jedes Planetenrad 44 und das Sonnenrad 30 so bemessen, dass für ein vorbestimmtes Zahnverhältnis gesorgt ist. So dreht sich, wenn das Sonnenrad 30 500 Zähne aufweist und jedes Planetenrad 44 50 Zähne aufweist, jedes Substrat 42 bei jeder Drehung des Substrats 42 um die Mittelachse 18 zehn Mal um seine zugehörige Tragplattenachse 46. Infolgedessen liegt das Verhältnis der Drehzahl jedes Substrats 42 um seine zugehörige Tragplattenachse 46 in bezug auf diejenige der Mittelachse 18 fest. Häufig ist es erwünscht, ausgewählte Filmungleichmäßigkeiten dadurch zu kompensieren, dass das Verhältnis der Drehzahlen variiert wird. Jedoch ist der Austausch jedes Planetenrads 44 und des Sonnenrads 30 in derartigen Systemen arbeits- und zeitaufwendig. Dies erhöht die Kosten und ist ein weiterer Nachteil.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Bewegen eines Substrats zu schaffen, wobei die Vorrichtung während des Sputterns von Substraten eine minimale Menge an Teilchen erzeugt.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Vorrichtung zum Bewegen eines Substrats zu schaffen, bei der die Drehzahlen für Substrate um eine zugehörige Tragplattenachse, relativ zu der um die Mittelachse, leicht und auf billige Weise geändert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Bewegen eines Substrats zu schaffen, die für eine elektrische Vorspannung an jedem Substrat sorgt, wenn ein jeweiliges Substrat mit vorbestimmtem Muster bewegt wird.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bewegen eines Substrats zu schaffen, das mit einer einfachen Vorrichtung betrieben werden kann.
Diese Aufgaben sind hinsichtlich der Vorrichtung durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche 1 und 5 sowie hinsichtlich des Verfahren durch die Lehre des Anspruchs 8 gelöst.
Die ersten und zweiten Drehbewegungen können bei der Erfindung entweder durch gemeinsame oder unabhängige Motorelemente erzeugt werden.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben, in denen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszahlen gekennzeichnet sind. Auch wird in der folgenden Beschreibung auf gleiche Elemente in 1 Bezug genommen.
1 ist eine bereits beschriebene Ansicht eines herkömmlichen Planetengetriebemechanismus.
2 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Drehen eines Substrats gemäß der Erfindung.
3A–3B sind Ansichten, die die Relativbewegung eines beispielhaften Sonnenrads, eines Armelements und eines Planetenrads bei der Erfindung veranschaulichen.
4 ist eine Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In 2 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung 48 zum Drehen von Substraten dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 48 umfasst eine Abscheidungskammer 50 mit einer Innenwandfläche 56 zum Bilden eines Kammerhohlraums 52, und eine Außenwandfläche 58. Die Innen- und Außenwandfläche 56, 58 sind über eine erste Wanddicke 60 getrennt. Die Kammer 50 umfasst eine Öffnung 54, die sich durch die erste Wanddicke 60 hindurch erstreckt. Außerdem ist die Kammer 50 mit einer Vakuumpumpe oder einer anderen Vorrichtung (nicht dargestellt) zum Evakuieren des Hohlraums 52 auf ein zum Ausführen eines Sputterprozesses geeignetes Vakuumniveau verbunden. Eine obere Spinnenstruktur 62 zum Tragen mehrerer Substrate ist innerhalb des Hohlraums 52 positioniert. Außerdem ist eine untere Spinnenstruktur 64 mit einem sich nach unten erstreckenden Halsabschnitt 66 außerhalb der Kammer 50 positioniert. Die Antriebswelle 14 ist an der oberen Spinnenstruktur 62 befestigt und erstreckt sich durch die Öffnung 54 und den Halsabschnitt 66, und sie ist an diesem Halsabschnitt 66 befestigt. Die Vorrichtung 48 umfasst ferner einen ersten Zahnradsatz 68 und einen ersten Motor 70, der so ausgebildet ist, dass er die Antriebswelle 14 und damit die obere und untere Spinnenstruktur 62, 64 um die Mittelachse 18 dreht. Ein Abdichtungsgehäuse 72, das das Durchführungselement 28 enthält, ist über der Öffnung 54 positioniert und an der Außenwandfläche 58 befestigt. Das Abdichtungsgehäuse 72 und das Durchführungselement 28 dienen dazu, die Antriebswelle 14 und die Kammer 50 so abzudichten, dass ein Vakuumniveau innerhalb der Kammer 50 erhalten bleibt, das zum Sputtern geeignet ist.
Jede Tragplatte 40 ist einer angetriebenen Magnetstruktur 74 zugeordnet, die innerhalb des Hohlraums 52 positioniert ist. In 2 sind zur Veranschaulichung nur zwei angetriebene Magnetstrukturen dargestellt. Jede angetriebene Magnetstruktur 74 umfasst angetriebene magnetische Nord- und Südpole 76, 78, die benachbart zur Innenwandfläche 56 positioniert sind. Eine obere Tragplattenwelle 80 ist zwischen jeder Tragplatte 40 und der zugehörigen angetriebenen Magnetstruktur 74 befestigt. Jede obere Welle 80 erstreckt sich durch die obere Spinnenstruktur 62 und ist drehbar innerhalb dieser oberen Spinnenstruktur 62 montiert. Dies ermöglicht eine Drehung jeder Tragplatte 40 in Zuordnung zur angetriebenen Magnetstruktur 74 und jedes Substrats 42 um seine zugehörige Tragplattenachse 46.
Die untere Spinnenstruktur 64 beinhaltet ein Armelement 82, wie es jeder Tragplatte 40 zugeordnet ist. Jedes Armelement 82 umfasst ein nach oben stehendes Spinnengehäuse 84 mit einem Lagerelement 86 und einer unteren Tragplattenwelle 88. Jede untere Welle 88 ist zwischen einem zugehörigen Planetenrad 90 zum Kämmen mit dem Sonnenrad 92 und einer antreibenden Magnetstruktur 98 befestigt. Jedes Lagerelement 86 ist so ausgebildet, dass es eine Drehung der unteren Welle 88 ermöglicht, um dadurch eine Drehung des zugehörigen Planetenrads 90 und einer antreibenden Magnetstruktur 98 zu ermöglichen. Die antreibende Magnetstruktur 98 umfasst antreibende magnetische Nord- und Südpole 100, 102, die benachbart zur Außenwandfläche 58 und den angetriebenen Nord- bzw. Südpolen 78 bzw. 76 gegenüberstehend positioniert sind. Dies bildet eine magnetische Kopplung zwischen den antreibenden und angetriebenen magnetischen Strukturen 98 bzw. 74, was die Übertragung eines Drehmoments zwischen diesen antreibenden und angetriebenen Magnetstrukturen 98 bzw. 74 ermöglicht. Infolgedessen ruft eine Drehung jedes Planetenrads 90 eine Drehung seiner zugehörigen antreibenden und angetriebenen Magnetstrukturen 98 bzw. 74, der Tragplatte 40 und damit jedes Substrats 42 um dessen zugehörige Tragplattenachse 46 herum hervor. Auf diese Weise erfolgt der Eingriff zwischen jedem Planetenrad 90 und dem Sonnenrad 92 und damit die Erzeugung von Metallteilchen außerhalb der Kammer 50. Dies verringert die Gesamtmenge an innerhalb der Kammer 50 während eines Sputterprozesses erzeugtem Verunreinigungsmaterial erheblich. Ferner ist die Möglichkeit, einen Film mit wesentlich verringerter Teilchendichte verbessert. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel beinhaltet nur eine der magnetischen Strukturen, z. B. die antreibende magnetische Struktur, Magnete. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die angetriebene Magnetstruktur aus einem magnetisch anziehbaren Material hergestellt, was die Ausbildung magnetischer Kopplung zur antreibenden Magnetstruktur ermöglicht.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Kammer 50 eine Nut mit einer Nutfläche 104, die durch eine zweite Wanddicke 106, die kleiner als die erste Wanddicke 60 ist, von der Innenwandfläche 58 getrennt ist. Ein Positionieren der antreibenden magnetischen Nord- und Südpole 100 bzw. 102 benachbart zur Nutfläche 104 ermöglicht engere Anordnung zwischen den antreibenden Nord- und Südpolen 100 bzw. 102 und den angetriebenen Süd- und Nordpolen 78 bzw. 76, wodurch die Stärke der magnetischen Kopplung und das übertragbare Drehmoment erhöht sind. Außerdem ist die Kammer 50 aus einem unmagnetischen Material hergestellt, um das Ausmaß der Magnetkraft zu verringern, die entweder durch die erste oder zweite Wanddicke 60 bzw. 106 hindurch verlorengeht, wie aus einer Aluminiumlegierung oder einem rostfreien Stahl vom Typ 304, um die Stärke der magnetischen Kopplung weiter zu erhöhen.
Im Betrieb wird der erste Motor 70 aktiviert, um für eine Drehung der Antriebswelle 14 zu sorgen. Eine Drehung der Antriebswelle 14 verursacht eine entsprechende Kreisdrehung der unteren Spinnenstruktur 64, des Planetenrads 90, der unteren Welle 88, der antreibenden und angetriebenen Magnetstrukturen 98 bzw. 74, der oberen Welle 80, der oberen Spinnenstruktur 62, jeder Tragplatte 40 und damit jedes Substrats 42 um seine Mittelachse 18. Diese Kreisdrehung bewirkt in Verbindung mit dem Kämmen zwischen dem Sonnenrad 92 und jedem Planetenrad 90 auch eine gleichzeitige Drehung jedes Planetenrads 90, der unteren Welle 88, der antreibenden und der angetriebenen Magnetstruktur 98 bzw. 74, der oberen Welle 80, jeder Tragplatte 40 und damit jedes Substrats 42 um seine zugehörige Tragplattenachse 46. Dies erzeugt ein Verbundmuster von Bewegungen für jedes Substrat 42, gemäß dem sich jedes Substrat 42 um seine zugehörige Tragplattenachse 46 dreht, gleichzeitig mit einem Lauf auf einem bogenförmigen Muster, während es sich in der Abscheidungszone 49 befindet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch bei anderen Vorrichtungen mit alternativen Antriebsmechanismen realisiert werden kann, die für andere geeignete Bewegungsmuster für ein Substrat während eines Sputterprozesses sorgen.
Die Vorrichtung 48 umfasst ferner eine Antriebsplatte 108, die am Sonnenrad 92 befestigt ist. Die Antriebsplatte 108 umfasst ein Mittelloch 110, das durch eine Innenwand 112 gebildet ist. Der Halsabschnitt 66 der unteren Spinnenstruktur 64 ist innerhalb des Mittellochs 110 positioniert. Eine Lageranordnung 114 ist zwischen dem Halsabschnitt 66 und der Innenwand 112 befestigt. Diese Lageranordnung 114 ermöglicht es dem Sonnenrad 92 und der unteren Spinnenstruktur 64, sich relativ zueinander um die Mittelachse 18 zu drehen. Außerdem umfasst die Vorrichtung 48 einen zweiten Zahnradsatz 116 und einen zweiten Motor 118, die so ausgebildet sind, dass sie die Antriebsplatte 108 und damit das Sonnenrad 92 um die Mittelachse 18 drehen. Gemäß der Erfindung bewirkt die Aktivierung des zweiten Motors 118 eine Änderung der Relativbewegung zwischen dem Sonnenrad 92 und jedem Planetenrad 90. Dies ermöglicht es, das Verhältnis der Drehzahl jedes Substrats 42 um seine zugehörige Tragplattenachse 46 relativ zur Drehzahl jedes Substrats 42 um seine Mittelachse 18 zu variieren.
Unter Bezugnahme auf die 3A–3B wird nun die Relativbewegung bei der Erfindung beschrieben. In den 3A–3B sind der Deutlichkeit halber nur das Sonnenrad 92, ein Armelement 82 und ein Planetenrad 90 in Draufsicht veranschaulicht. Gemäß 3A in Verbindung mit 4 wird ein erster Betriebszustand erreicht, wenn der erste Motor 70 aktiviert wird und der zweite Motor 118 nicht aktiviert wird. Eine Aktivierung des ersten Motors 70 bewirkt eine Drehung des Armelements 82 und damit des Planetenrads 90 mit einer ersten Drehzahl in einer ersten Richtung um die Mittelachse 18 (durch einen ersten Pfeil 120 gekennzeichnet). Dies bewirkt eine gleichzeitige Drehung des Planetenrads 90 in der ersten Richtung um die zugehörige Tragplattenachse 46 (durch einen zweiten Pfeil 122 gekennzeichnet) mit einer zweiten Drehzahl, und zwar aufgrund des Kämmens zwischen dem Sonnenrad 92 und den Planetenrädern 90. Da der zweite Motor 118 nicht aktiviert wird, ist das Sonnenrad 92 stationär. Infolgedessen ist im ersten Betriebszustand (der zweite Motor 118 ist nicht aktiviert) das Verhältnis aus der ersten Drehzahl des Planetenrads 90 um seine zugehörige Tragplattenachse 46 (zweiter Pfeil 122) relativ zur zweiten Drehzahl um die Mittelachse 18 (erster Pfeil 120) konstant. Daher ist auch die Anzahl von Umdrehungen des Planetenrads 90 um seine zugehörige Tragplattenachse 46 bei jeder Drehung des Planetenrads 90 um die Mittelachse 18 konstant.
In 3B ist ein zweiter Betriebszustand dargestellt, in dem sowohl der erste als auch der zweite Motor 70 bzw. 118 aktiviert sind. Wie bereits beschrieben, bewirkt die Aktivierung des ersten Motors 70 eine Drehung des Planetenrads 90 in einer ersten Richtung um die Mittelachse 18 (erster Pfeil 120) mit einer ersten Drehzahl und um seine zugehörige Tragplattenachse 46 (zweiter Pfeil 122) mit einer zweiten Drehzahl. Gemäß der Erfindung wird der zweite Motor 118 aktiviert, um dafür zu sorgen, das sich das Sonnenrad 92 mit einer dritten Drehzahl in der ersten Richtung um die Mittelachse 18 dreht (durch einen dritten Pfeil 124 gekennzeichnet). Dies bewirkt eine Änderung der Relativbewegung zwischen dem Sonnenrad 92 und dem Planetenrad 90. Im Ergebnis ändert sich das Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl im zweiten Betriebszustand gegenüber dem Verhältnis im ersten Betriebszustand. Dies führt zu einer entsprechenden Änderung der Anzahl von Umdrehungen des Planetenrads 90 um seine zugehörige Tragplattenachse 46 bei jeder Drehung des Planetenrads 90 um seine Mittelachse 18. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können der erste und der zweite Motor 70 bzw. 118 Motoren mit variabler Drehzahl sein, jedoch wird darauf hingewiesen, dass andere Typen von Motoren verwendet werden können. Dies ermöglicht es, die erste und/oder die zweite Drehzahl nach Wunsch zu variieren. Daher kann die Anzahl von Umdrehungen des Planetenrads 90 um seine zugehörige Tragplattenachse 46 relativ zu jeder Drehung des Planetenrads 90 um seine Mittelachse 18 nach Wunsch erhöht oder erniedrigt werden. Eine derartige Erhöhung oder Verringerung der Anzahl von Umdrehungen des Planetenrads 90 ermöglicht Einstellungen beim Sputterprozess, um ausgewählte Filmungleichmäßigkeiten zu kompensieren. Es wird darauf hingewiesen, dass das Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Drehzahl so variiert werden kann, dass keine Drehung des Planetenrads 90 um seine zugehörige Tragplattenachse 46 vorliegt. Alternativ kann die Drehrichtung des zweiten Motors 118 umgekehrt werden, um dafür zu sorgen, dass sich das Planetenrad 90 in einer Richtung umgekehrt zur ersten Richtung dreht.
Während des Sputterprozesses befindet sich die Kammer 50 typischerweise auf Massepotential. Häufig ist es erwünscht, die Bedingungen, unter denen der Sputterprozess stattfindet, dadurch zu modifizieren, dass eine elektrische Vorspannung an jedes Substrat 42 und die Tragplatte 40 angelegt wird, die vom Massepotential der Kammer 50 verschieden ist. Typischerweise wird jedes Substrat 42 aus elektrisch isolierenden Materialien hergestellt. Es hat sich herausgestellt, dass das Anlegen einer hochfrequenten Spannung mit einer Frequenz von 13,56 MHz dazu ausreicht, in die Substratmaterialien einzudringen, um für die gewünschte elektrische Vorspannung zu sorgen.
In 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 4 ist eine vergrößerte Ansicht der linken Seite von 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 48 eine elektrische Vorspannungsschaltung 126 zum Liefern einer gewünschten elektrischen Vorspannung für jedes Substrat 42. Die Schaltung 126 beinhaltet ein erstes Isolierelement 128, das dazu dient, die obere Spinnenstruktur 62 an der Antriebswelle 14 zu befestigen. Das erste Isolierelement 128 isoliert die Antriebswelle 14 elektrisch gegen die obere Spinnenstruktur 62. Eine Kontaktwelle 130 ist an der oberen Spinnenstruktur 62 befestigt. Infolgedessen dreht sich die Kontaktwelle 130 zusammen mit der oberen Spinnenstruktur 62, wenn sich dieselbe dreht. Die Kontaktwelle 130 erstreckt sich ausgehend von der oberen Spinnenstruktur 62 durch den Hohlraum 52 aus der Kammer 50 heraus. Die Kammer 50 beinhaltet ferner ein zweites Durchführungselement 132, das durch ein zweites Isolierelement 142 gegen die Kammer 50 isoliert ist. Das zweite Durchführungselement 132 dient dazu, die Kontaktwelle 130 und die Kammer 50 abzudichten, um innerhalb der Kammer 50 ein für Sputtern geeignetes Vakuumniveau aufrechtzuerhalten. Die Schaltung 126 beinhaltet ferner eine Vorspannungsversorgung 134 mit einer Hochfrequenzversorgung und einer Impedanzanpassungsschaltung (nicht dargestellt). Die Vorspannungsversorgung 134 ist mittels eines Kontaktelements 136, das so ausgebildet ist, dass es elektrischen Kontakt zur Kontaktwelle 130 aufrechterhält, wenn sich diese dreht, elektrisch mit dieser verbunden. Ferner wird nur ein Teil der Kontaktwelle 130, der außerhalb der Kammer 50 liegt, kontaktiert. Infolgedessen erfolgt die Ausbildung metallischer Teilchen, die vom Kontakt zwischen dem Kontaktelement 136 und der Kontaktwelle 130 herrühren, außerhalb der Kammer, wodurch jedes Substrat 42 vor einer Verunreinigung durch derartige Teilchen geschützt ist.
Gemäß der Erfindung beinhaltet die obere Spinnenstruktur 62 einen äußeren Abschnitt 168, der sich unter jeder Tragplatte 40 erstreckt und der relativ dicht bei jeder Tragplatte 40 liegt, wodurch ein Spalt 140 gebildet ist. Dieser bildet einen elektrischen Kondensator, bei dem der äußere Abschnitt 138 eine erste Elektrode und jede Tragplatte 40 eine zweite Elektrode bildet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Spalt ungefähr 1,2 mm (0,05 Zoll) weit, und jede Tragplatte 40 und ein Teil 142 des äußeren Abschnitts 138 benachart zu jeder Tragplatte weisen jeweils eine Fläche von ungefähr 390 cm² (65 Quadratzoll) auf. Dies bildet einen Kondensator mit einer Kapazität von ungefähr 300 Pikofarad. Es hat sich herausgestellt, dass dies ein Wert ist, der dazu ausreicht, eine gewünschte elektrische Vorspannung an jedem Substrat 42 zu erzeugen.

Claims

Vorrichtung zum Drehen eines Substrats (42) innerhalb einer Kammer (50) mit einer Wand zum Bilden eines Hohlraums (52), gekennzeichnet durch: – eine erste Dreheinrichtung (40, 80), zum Ermöglichen einer Drehung des (ersten) Substrats (42) um eine erste Achse (46), wobei die erste Dreheinrichtung (40, 80) innerhalb des Hohlraums (52) liegt; – eine zweite Dreheinrichtung (84, 86, 88) zum Ermöglichen der Drehung eines Planetenrads (90) um die erste Achse (46), wobei diese zweite Dreheinrichtung (88) außerhalb der Kammer (50) liegt; – eine Magneteinrichtung (74, 76, 78, 98, 100, 102) zum magnetischen Koppeln der ersten und zweiten Dreheinrichtung (40, 80; 88) durch die Wand hindurch, um es zu ermöglichen, dass sich diese gemeinsam um die erste Achse (46) drehen; – ein Sonnenrad (92), das für ein Kämmen mit dem Planetenrad (90) außerhalb der Kammer (50) ausgebildet ist; und – eine erste Antriebseinrichtung (70; 14, 64, 82), die für eine erste Drehung der ersten und zweiten Dreheinrichtung und damit des Substrats (42) um eine Mittelachse (18) sorgt, und die gleichzeitig für eine zweite Drehung der ersten und der zweiten Dreheinrichtung (40, 80; 88) und damit des Substrats (42) aufgrund des Kämmens zwischen dem Planetenrad (90) und dem Sonnenrad (92) um die erste Achse (46) sorgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneteinrichtung (74, 76, 78, 98, 100, 102) zwei Sätze von Magneten (76, 78; 100, 102) zum Erzeugen der magnetischen Kopplung beinhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (50) auf einem für einen Sputtervorgang geeigneten Vakuumniveau haltbar ist und sie ferner eine Dichtungseinrichtung (28) zum Abdichten der Kammer (50) zum Aufrechterhalten des Vakuumniveaus aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebseinrichtung (70; 14, 64, 82) einen Motor mit variabler Geschwindigkeit aufweist.
Vorrichtung zum Drehen eines Substrats (42) innerhalb einer Kammer (50) mit einer Außenwandfläche (58) und einer Innenwandfläche (56) zum Ausbilden eines Hohlraums (52), gekennzeichnet durch: – ein erstes Tragelement (62), das innerhalb des Hohlraums (52) angeordnet ist und eine erste Drehstruktur (80) aufweist, die zwischen einer Tragplatte (40) zum Tragen des Substrats (42) und einem ersten Magneten (74; 76, 78) befestigt ist, der benachbart zur Innenwandfläche (56) positioniert ist, wobei die erste Drehstruktur (80) so ausgebildet ist, dass sie sich um eine erste Achse (46) dreht; – ein zweites Tragelement (64, 82), das außerhalb der Kammer (50) angeordnet ist und eine zweite Drehstruktur (88) aufweist, die zwischen einem Planetenrad (90), das für ein Kämmen mit einem Sonnenrad (92) ausgebildet ist, und einem zweiten Magneten (98) befestigt ist, der benachbart zur Außenwandfläche (58) und beabstandet vom ersten Magneten angeordnet ist, um eine magnetische Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Magneten (74, 98) auszubilden, wobei diese zweite Drehstruktur (88) so ausgebildet ist, dass sie sich um die erste Achse (46) dreht, um es dadurch zu ermöglichen, dass sich die erste und die zweite Drehstruktur (80; 88) gemeinsam um die erste Achse (46) drehen; und – ein Antriebselement (14, 68, 70), das am ersten und zweiten Tragelement (62; 82) befestigt ist; – wobei die Drehung des Antriebselements (14, 68, 70) für eine erste Drehung des Substrats (42) um eine Mittelachse (18) und gleichzeitig, aufgrund des Kämmens zwischen dem Sonnenrad (92) und dem Planetenrad (90), für eine zweite Drehung des Substrats (42) um die erste Achse (46) sorgt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Motor (70) zum drehenden Antreiben des Antriebselements (14, 68, 70).
Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein erstes Motorelement (70) zum drehenden Antreiben des Antriebselements (14, 68, 70), wobei die Drehung des Antriebselements (14, 68, 70) für eine erste Drehung des Substrats (42) um eine Mittelachse mit einer ersten Drehzahl und gleichzeitig, aufgrund des Kämmens zwischen dem Sonnenrad (92) und dem Planetenrad (90), für eine zweite Drehung des Substrats (42) um die erste Achse (46) mit einer zweiten Drehzahl sorgt; und – ein zweites Motorelement (118) zum drehenden Antreiben des Sonnenrads mit einer dritten Drehzahl, um dadurch die Relativbewegung zwischen dem Sonnenrad (92) und dem Planetenrad (90) zu ändern, um für ein variables Verhältnis der Anzahl von Umdrehungen des Planetenrads (90) bei jeder Umdrehung des Sonnenrads (92) zu sorgen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch: – ein erstes Isolierelement zum Isolieren der Antriebseinrichtung gegen das erste Tragelement; – eine Kontaktwelle (130), die am ersten Tragelement (62) befestigt ist und sich durch den Hohlraum (52) hindurch und aus der Kammer (50) heraus erstreckt; – eine Vorspannungsversorgung (134) zum Anlegen einer hochfrequenten Spannung und – ein Kontaktelement (136) zum elektrischen Verbinden der Kontaktwelle mit der Vorspannungsversorgung, um eine Vorspannungsschaltung zum Erzeugen einer gewünschten elektrischen Vorspannung am Substrat (42) auszubilden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Drehstruktur ferner einen dritten bzw. einen vierten Magneten zum Herstellen der magnetischen Kopplung beinhalten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer auf einem für einen Sputtervorgang geeigneten Vakuumniveau haltbar ist und sie ferner ein erstes Abdichtungselement zum Abdichten des Antriebselements und der Kammer zum Aufrechterhalten des Vakuumniveaus aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Motorelement Motoren (70, 118) mit variabler Drehzahl sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandfläche eine Nut (104) aufweist, um eine engere Anordnung des zweiten Magnets (100, 102) zum ersten Magneten (76, 78) zu ermöglichen, um eine stärkere magnetische Kopplung zu erzielen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (50) aus einem unmagnetischen Material besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine Aluminiumlegierung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Material rostfreier Stahl ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt des ersten Tragelements und die Tragplatte (40) voneinander beabstandet sind, um einen Kondensator zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer ferner eine Kathode für einen Sputterprozess enthält, die ein Quellentarget zum Erzeugen einer Abscheidungszone benachbart zum Target zum Ausbilden eines dünnen Films auf dem Substrat (42) aufweist, wobei das Substrat mit der ersten und zweiten Drehung gleichzeitig drehbar ist, wenn es sich während des Sputterprozesses innerhalb der Abscheidungszone befindet.
Verfahren zum Bewegen eines Substrats (42) mit einem vorbestimmten Bewegungsmuster innerhalb eines durch die Wand einer Kammer (50) festgelegten Hohlraums (52), gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Bereitstellen eines ersten Tragelements zum Tragen des Substrats sowie eines ersten Magnets innerhalb des Hohlraumes (52), wobei das erste Tragelement innerhalb des Hohlraums (52) beweglich ist; – Bereitstellen eines zweiten Tragelements zum Tragen eines zweiten Magnets außerhalb des Hohlraums, wobei das zweite Tragelement außerhalb der Kammer (50) beweglich ist; – Ausbilden einer magnetischen Kopplung durch die Wand hindurch zwischen dem ersten und zweiten Tragelement, um dafür zu sorgen, dass sich das erste und zweite Tragelement gemeinsam bewegen; und – Bewegen des zweiten Tragelements mit einem vorbestimmten Muster, um dadurch das Substrat innerhalb des Hohlraums (52) mit diesem vorbestimmten Muster zu bewegen.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kammer (50) verwendet wird, die ferner eine Kathode für einen Sputterprozess beinhaltet, die ein Quellentarget trägt, um eine Abscheidungszone benachbart zum Target zum Herstellen eines dünnen Films auf dem Substrat (42) zu erzeugen, und dass das Substrat (42) während des Sputterprozesses mit vorbestimmtem Muster durch die Abscheidungszone bewegt wird.