DE19707269C2

DE19707269C2 - Substrate carrier for sputtering device

Info

Publication number: DE19707269C2
Application number: DE1997107269
Authority: DE
Inventors: Kamei Mitsuhiro; Setoyama Eiji; Umehara Satoshi; Tanaka Takeshi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH09228039A; DE19707269A1

Description

Die Erfindung betrifft Substratträger für Sputtervorrich tungen, insbesondere für eine Ionen-Sputtervorrichtung.The invention relates to substrate carriers for sputtering devices tion, in particular for an ion sputtering device.

Allgemein sind Sputterverfahren als eine Technik zum Her stellen einer Schicht auf verschiedenen Arten von Materia lien bekannt. Sputtern ist eine Technik zum Herstellen einer Schicht dadurch, dass ein Target bildende Atome durch Einstrahlen von Ionen auf das Target aus diesem her ausgeschlagen werden, wobei dafür gesorgt wird, dass sich die so erzeugten Teilchen auf der Oberfläche eines Substrats niederschlagen, das dem Target benachbart ange ordnet ist.In general, sputtering processes are a technique for making put a layer on different types of materia lien known. Sputtering is a manufacturing technique a layer in that atoms forming a target by irradiating ions onto the target be knocked out, ensuring that the particles so produced on the surface of a Precipitate substrate that is adjacent to the target is arranged.

Die auf das Target gestrahlten Ionen werden im Allgemeinen dadurch erzeugt, dass ein Gas wie Ar einer elektrischen Ent ladung im Vakuum bei einem Druck von 1,33 . 10^-1 bis 1,33 . 10^-4 hPa unterworfen wird. Betreffend Verfahren zur Erzeugung von Ionen ist neben dem durch Gasentladung ein solches bekannt, bei dem Ionen einer Ionenquelle mittels ei nes elektrischen Felds entnommen werden, das dadurch erzeugt wird, dass eine elektrische Spannung an eine Elektrode (Ionenstrahlsputtern) angelegt wird.The ions radiated onto the target are generally generated by a gas such as Ar from an electrical discharge in vacuum at a pressure of 1.33. 10 ^-1 to 1.33. 10 ^-4 hPa is subjected. Regarding methods for the generation of ions, in addition to that by gas discharge, one is known in which ions are taken from an ion source by means of an electrical field, which is generated by applying an electrical voltage to an electrode (ion beam sputtering).

Auch existiert ein Vorspannungs-Sputterverfahren zum Ein stellen der Schichtbildungsgeschwindigkeit und der Qualität der erzeugten Schicht dadurch, dass eine hochfrequente Span nung an das Substrat angelegt wird.There is also a bias sputtering method for on set the layer formation speed and quality the layer generated by the fact that a high-frequency chip voltage is applied to the substrate.

Ein derartiges Vorspannungs-Sputterverfahren wird zur Her stellung isolierender Schichten, z. B. aus Aluminiumoxid, verwendet.Such a bias sputtering process becomes the Her position of insulating layers, e.g. B. made of aluminum oxide, used.

Bei einer derartigen Sputtervorrichtung sollte das Substrat während des Schichtbildungsprozesses gekühlt werden. Im Allgemeinen wird das Substrat dadurch gekühlt, dass es mit einer Kühlplatte mit Wasserkühlmechanismus in Kontakt gebracht wird. In diesem Fall ist es eine übliche Vorgehens weise, ein Kühlmedium, das aus einem flüssigen Metall wie Ga-In besteht, an der Rückseite des Substrats anzubringen, um den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung im Bereich zwi schen dem Substrat und der Kühlplatte zu erhöhen. Da es schwierig ist, den Vorgang des Anbringens des flüssigen Metalls an der Rückseite eines solchen Substrats zu au tomatisieren, wird bei allen üblichen Sputtervorrichtungen ein Chargensystem verwendet, bei dem jedes Substrat durch eine Bedienperson eingesetzt wird.With such a sputtering device, the substrate should be cooled during the layer formation process. in the In general, the substrate is cooled by using a cooling plate in contact with the water cooling mechanism brought. In this case, it is a common practice wise, a cooling medium made of a liquid metal like Ga-In is to attach to the back of the substrate to the efficiency of heat transfer in the area between between the substrate and the cooling plate. Because it is difficult the process of attaching the liquid Metal on the back of such a substrate too tomatize is used with all common sputtering devices uses a batch system in which each substrate passes through an operator is used.

Bei einer gemäß dem Chargensystem arbeitenden Vorrichtung müssen zum Erhöhen des Bearbeitungswirkungsgrads mehrere Substrate gleichzeitig bearbeitet werden. Daher wird die Vakuumkammer zum Aufnehmen der mehreren Substrate groß. Da die Bedingungen betreffend die Schichtherstellung empfind lich abhängig von der Position in der Vakuumkammer variie ren, ist es unvermeidlich, dass die Eigenschaften der her gestellten Schichten in gewissem Ausmaß abhängig von dieser Position variieren. Wenn eine große Vakuumkammer verwendet wird, wird die Streuung z. B. der Schichtdicke schwerwiegend.In a device operating according to the batch system need several to increase machining efficiency Substrates can be processed simultaneously. Hence the Large vacuum chamber for holding the multiple substrates. There the conditions regarding the production of layers Vary depending on the position in the vacuum chamber ren, it is inevitable that the properties of the fro posed layers to some extent depending on this Position vary. When using a large vacuum chamber is the scatter z. B. the layer thickness is serious.

Derzeit wird häufig gefordert, dass Schichten wirkungsvoll mit geringer Dicke (Dicke ungefähr einige 100 nm) herge stellt werden. Diese Forderung besteht insbesondere z. B. auf dem Gebiet der Herstellung von Dünnfilm-Magnetköpfen für Magnetplattenspeicher. Sputtervorrichtungen sind für diese Herstellung von Interesse, da mit ihnen dünne Schichten erzeugt werden können.Currently, it is often required that shifts be effective with a small thickness (thickness approximately a few 100 nm) be put. This requirement exists in particular for. B. in the field of thin film magnetic head manufacturing for magnetic disk storage. Sputtering devices are for this manufacture of interest because with them thin Layers can be created.

Wie oben ausgeführt, zeigt die Dicke hergestellter Schichten eine ziemliche Streuung, wenn die herkömmliche Sputtervor richtung vom Chargentyp verwendet wird. Bisher wurde die Streuung einer derartigen wichtigen Eigenschaft zugelas sen, da Sputtervorrichtungen bisher hauptsächlich bei der Herstellung dicker Schichten (Dicke ungefähr 50 µm) verwen det werden. Jedoch darf bei dünnen Schichten keine derar tige Streuung mehr vorhanden sein. Um die Gleichmäßigkeit erzeugter Schichten zu erhöhen, ist es erwünscht, eine Einzelbearbeitung für jedes Substrat auszuführen. Dann kommt es zu keiner Streuung der Herstellbedingungen durch verschiedene Positionen des Substrats innerhalb der Kammer mehr. Wenn eine derartige Einzelbearbeitung verwendet wird, sollte für Automatisierung des Herstellprozesses gesorgt werden, um hohen Herstellwirkungsgrad zu erzielen. Daher bestand in den letzten Jahren Bedarf an Sputtervor richtungen, die automatisiert sind, oder bei denen der Pro zess zum Auftragen eines Kühlmediums weggelassen ist.As stated above, the thickness of layers produced shows quite a scatter if the conventional sputtering batch type direction is used. So far the Dispersion of such an important property is permitted sen, since sputtering devices have so far mainly been used for Use thick layers (approx. 50 µm thick) be det. However, none of these are allowed for thin layers scatter. For uniformity layers produced, it is desirable to Perform individual processing for each substrate. Then there is no scatter in the manufacturing conditions different positions of the substrate within the chamber more. If such an individual processing is used should for automation of the manufacturing process be taken care of to achieve high manufacturing efficiency. Therefore, there has been a need for sputtering in recent years directions that are automated or where the pro process for applying a cooling medium is omitted.

JP-A-04-141587 (in Patents Abstracts of Japan, C-980) zeigt eine Sputtervorrichtung mit zwei Vakuumkammern, von denen eine erste der Durchführung des Sputtervorgangs und eine zweite der Bereithaltung der zu verarbeitenden und verarbei teten Substrate dient. Ein Transportmechanismus transpor tiert die Substrate durch eine Schleusentür zwischen den beiden Vakuumkammern hin und her. In der zweiten Vakuumkam mer werden die durch Sputtern bearbeiteten Substrate auf ei nem gekühlten Substratträger gehalten. Der Substratträger beinhaltet einen Kühlkanal, durch den eine Kühlflüssigkeit strömt. Das Substrat wird von Stäben mit angeformten Haltern auf den Substratträger gedrückt. Die Art der Betätigung der Stäbe ist nicht dargestellt.JP-A-04-141587 (in Patents Abstracts of Japan, C-980) a sputtering device with two vacuum chambers, one of which a first to carry out the sputtering process and a second, the availability of the processed and processed served substrates. A transport mechanism transpor tates the substrates through a lock door between the back and forth between the two vacuum chambers. In the second vacuum came mer the substrates processed by sputtering on egg held in a cooled substrate carrier. The substrate carrier includes a cooling channel through which a cooling liquid flows. The substrate is made of rods with molded holders pressed onto the substrate carrier. The type of operation of the Bars are not shown.

EP-A-539 225 offenbart einen Substratträger zum Halten eines Substrats in einem Vakuumbehälter, bei dem das Substrat mit seiner Rückseite auf stabförmigen Trägerelementen liegt und gegen eine am Randbereich der Substratoberseite angreifende, ringförmige Klammer gedrückt wird. Die Trägerelemente werden von einer innerhalb der Vakuumkammer angeordneten Hebeein richtung bewegt, die, ohne daß dies genauer dargestellt wä re, von einem außerhalb des Behälters angeordneten Stell glied betätigt wird. Das Substrat kann durch Anblasen seiner Rückseite mit einem Kühlgas gekühlt werden.EP-A-539 225 discloses a substrate support for holding one Substrate in a vacuum container, in which the substrate with its back lies on rod-shaped carrier elements and against an attacking on the edge area of the substrate top, annular clamp is pressed. The support elements will be from a lifting unit arranged inside the vacuum chamber direction that moves without this being shown in more detail right, from a position located outside the container link is operated. The substrate can be blown on Back side to be cooled with a cooling gas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Substratträ ger zum Halten eines Substrats in einem Vakuumbehälter einer Sputtervorrichtung zu schaffen, der eine Herstellung einer Schicht auf dem Substrat mit hoher Qualität und guter Repro duzierbarkeit ermöglicht.The invention has for its object a substrate ger for holding a substrate in a vacuum container To create a sputtering device, the manufacture of a Layer on the substrate with high quality and good repro ducibility enables.

Diese Aufgabe ist durch den Substratträger gemäß dem bei gefügten Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 6.This task is carried out by the substrate carrier added claim 1 solved. Advantageous configurations and further developments are the subject of the dependent claims 2 to 6.

Nachfolgend wird die Funktion einer Sputtervorrichtgung mit dem erfindungsgemäßen Substratträger erläutert.Below is the function of a sputtering device the substrate carrier according to the invention explained.

Vorab wird ein erster Vakuumbehälter unter Vakuum gehal ten. In diesem Zustand ist eine Schleusentür zwischen dem ersten und einem zweiten Vakuumbehälter geschlossen. First, a first vacuum container is kept under vacuum In this state there is a lock door between the first and a second vacuum container closed.

Das Substrat wird in den zweiten Vakuumbehälter eingesetzt, und dieser wird unter Vakuum gesetzt.The substrate is placed in the second vacuum container and this is put under vacuum.

Eine Transporteinrichtung transportiert das in den zwei ten Vakuumbehälter eingesetzte Substrat in den ersten Vaku umbehälter, wobei das Substrat vom Substratträger gehalten wird. Während des Transports des Substrats ist die Schleusentür geöffnet.A transport device transports that in the two substrate used in the first vacuum container, the substrate being held by the substrate carrier becomes. During the transport of the substrate Lock door opened.

Das Substrat wird dadurch durch den Substratträger gehalten, dass z. B. ein Spannmechanismus verwendet wird, der das Substrat auf den Substratträger schiebt.The substrate is thereby held by the substrate carrier, that e.g. B. a tensioning mechanism is used, the Pushes substrate onto the substrate carrier.

Eine Schichtbildungseinrichtung erzeugt eine Schicht durch einen Sputtervorgang mit dem auf dem Substratträger ge haltenen Substrat. Während die Schicht entsteht, kann eine hochfrequente Spannung an das Substrat angelegt werden.A layer forming device creates a layer through a sputtering process with the ge on the substrate carrier holding substrate. While the layer is being created, one can high-frequency voltage are applied to the substrate.

Während die Schicht weiter im Entstehen begriffen ist, wird das Substrat durch die Kühleinrichtung gekühlt. Hierzu können verschiedene Konstruktionen verwendet werden. Z. B. kann die Rückseite des Substrats dadurch gekühlt werden, dass es in Kontakt mit einem Kühlgas gebracht wird. Dies wird dadurch ausgeführt, dass an der Oberfläche des Trä gerelements ein konkaver Teil geschaffen wird, der in Kon takt mit dem Substrat tritt, und dass das Kühlgas diesem konkaven Teil zugeführt wird und es von dort über einen Gas-Einlass/Auslass- Mechanismus ausgegeben wird.As the shift continues to emerge, the substrate is cooled by the cooling device. For this different constructions can be used. E.g. the back of the substrate can be cooled that it is brought into contact with a cooling gas. This is carried out by the fact that on the surface of the Trä gerelements a concave part is created, which in Kon clock occurs with the substrate, and that the cooling gas this concave part is fed and it from there via a Gas inlet / outlet mechanism is output.

Ferner wird bei einem anderen Kühlverfahren ein Kühlmecha nismus zum Kühlen des Trägerelements verwendet, so dass das durch den Substratträger gehaltene Substrat indirekt gekühlt werden kann. In diesem Fall dient der Gasauslassmechanismus zum Auslassen des Kühlgases in einen Spalt zwischen dem Trä gerelement und dem Substratträger, wobei der Wärmeübertra gungs-Wirkungsgrad zwischen dem Substrat und dem Trägerele ment erhöht ist und der Kühlwirkungsgrad gut ist. Furthermore, in another cooling method, a cooling mecha used for cooling the carrier element, so that indirectly cooled substrate held by the substrate carrier can be. In this case the gas outlet mechanism is used to release the cooling gas into a gap between the door gerelement and the substrate carrier, the heat transfer efficiency between the substrate and the carrier element ment is increased and the cooling efficiency is good.

Wenn ein Kühlverfahren verwendet wird, bei dem das Gas in direkten Kontakt mit dem Substrat tritt, gelangt es in den ersten Vakuumraum, wenn das zu bearbeitende Substrat ausge tauscht wird. Wenn die zum Sputtern in der Schichtbildungs einrichtung verwendeten Ionen unter Verwendung von Ar er zeugt werden, sollte Ar als Kühlgas verwendet werden, wie oben angegeben. Wenn dadurch in der Schichtbildungseinrich tung verwendetes Ar von Anfang im ersten Vakuumraum exi stiert, besteht keinerlei Problem, dass sich das als Ar-Gas verwendete Kühlgas in den ersten Vakuumraum ausbreitet.If a cooling process is used in which the gas is in If there is direct contact with the substrate, it gets into the first vacuum space when the substrate to be machined out is exchanged. If the sputtering in the layering device used ions using Ar er Ar should be used as a cooling gas, such as mentioned above. If this results in the stratification device tion used in the first vacuum space exi there is no problem that this is an Ar gas used cooling gas spreads in the first vacuum space.

Nach der Herstellung der Schicht auf dem Substrat nimmt der Substratträger das Substrat weg. Die Transportein richtung transportiert das Substrat mit der darauf ausgebil deten Schicht an eine vorab bestimmte Position.After making the layer on the substrate takes the substrate carrier the substrate away. The transport stone direction transports the substrate with the trained on it layer to a predetermined position.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below Described with reference to the accompanying figures.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine erfin dungsgemäße Sputtervorrichtung veranschaulicht. Fig. 1 is a schematic diagram illustrating an inventive sputtering device.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Teils der Sputtervorrichtung. Figure 2 is a schematic illustration of part of the sputtering device.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Substrat trägerplatte 2 zeigt. Fig. 3 is a perspective view showing a substrate carrier plate 2 .

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Konstruktion zum Kühlen des Substrats 3 durch Kühlgas. Fig. 4 is a schematic illustration of a construction for cooling the substrate 3 by cooling gas.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Gesamtauf bau der Sputtervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Diese Sputtervorrichtung ist eine sol che vom Ladetyp mit Hin- und Herbewegung, bei der ein Substrat in einer Kammer bearbeitet wird, die dauernd unter Hochvakuum gehalten wird. Diese Sputtervorrichtung verfügt über eine Lade- und Entladekammer 201 sowie eine Sputterkammer 202, und diese beiden Kammern sind durch ein Schleusenventil 204 voneinander getrennt.The overall construction of the sputtering device according to the exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to FIG. 1. This sputtering device is a back-and-forth loading type sol in which a substrate is processed in a chamber that is constantly kept under high vacuum. This sputtering device has a loading and unloading chamber 201 and a sputtering chamber 202 , and these two chambers are separated from one another by a lock valve 204 .

Zunächst wird die Lade- und Entladekammer 201 erläutert. Sie bildet einen Raum, in den ein Substrat aus einer Substrat kassette 205 heraus eingesetzt wird, wobei die Kassette das Substrat nach der Bearbeitung wieder aufnimmt. In dieser La de- und Entladekammer 201 sind ein Substrattransportroboter und ein Kassetten-Hebe/Senk-Mechanismus (in der Figur nicht dargestellt) vorhanden, die das Substrat 205 transportieren.The loading and unloading chamber 201 is first explained. It forms a space into which a substrate is inserted out of a substrate cassette 205 , the cassette receiving the substrate again after processing. In this loading and unloading chamber 201 there is a substrate transport robot and a cassette lifting / lowering mechanism (not shown in the figure) which transport the substrate 205 .

Die Lade- und Entladekammer 201 kann durch eine Vakuumpumpe (in der Figur nicht dargestellt) abgepumpt werden. Die Substratkassette 205 ist ein Behälter, der das Substrat aufnimmt, und sie wird dazu verwendet, das Substrat zwi schen Herstellprozessen zu transportieren. In der Lade- und Entladekammer 201 werden mehrere Substrate im Allgemeinen in einem Zustand gehalten, in dem die Oberfläche des Substrats, an der die Schicht herzustellen ist, nach unten zeigt, und die Substrate werden mit vorgegebenem Abstand festgehalten.The loading and unloading chamber 201 can be pumped out by a vacuum pump (not shown in the figure). The substrate cassette 205 is a container that holds the substrate, and is used to transport the substrate between manufacturing processes. In the loading and unloading chamber 201 , a plurality of substrates are generally held in a state in which the surface of the substrate on which the layer is to be produced is facing down, and the substrates are held at a predetermined distance.

Nun werden Kurzvorgänge vom Einsetzen der Substratkassette 205 in die Lade- und Entladekammer 201 bis zum Einsetzen des Substrats in die Sputterkammer 202 beschrieben.Brief operations from inserting the substrate cassette 205 into the loading and unloading chamber 201 to inserting the substrate into the sputtering chamber 202 will now be described.

Das Einsetzen der Substratkassette 205 in die Lade- und Ent ladekammer 201 erfolgt durch Öffnen einer Tür 203. Nach dem Einsetzen der Substratkassette 205 wird die Tür 203 ge schlossen und die Lade- und Entladekammer 201 wird mit der in der Figur nicht dargestellten Vakuumpumpe abgepumpt. nachdem die Lade- und Entladekammer 201 vollständig eva kuiert ist, entnimmt der Substrattransportroboter 206 der Substratkassette 205 das Substrat 3, was wie folgt ausge führt wird. Der Substrattransporter 206 führt eine Hand 209 zwischen jeweilige Substrate ein. In diesem Zustand sorgt der Kassetten-Hebe/Senk-Mechanismus dafür, dass die Substratkassette 205 um eine Schrittweite abgesenkt wird, wodurch das Substrat 3 auf die Roboterhand 209 gelegt wird. Unter Beibehaltung dieses Zustands wird die Hand 209 aus der Substratkassette 205 herausgezogen, wodurch das Substrat 3 entnommen wird.The substrate cassette 205 is inserted into the loading and unloading chamber 201 by opening a door 203 . After inserting the substrate cassette 205 , the door 203 is closed and the loading and unloading chamber 201 is pumped out with the vacuum pump, not shown in the figure. After the loading and unloading chamber 201 is completely evacuated, the substrate transport robot 206 removes the substrate cassette 205 from the substrate 3 , which is carried out as follows. The substrate transporter 206 inserts a hand 209 between respective substrates. In this state, the cassette lifting / lowering mechanism ensures that the substrate cassette 205 is lowered by one increment, as a result of which the substrate 3 is placed on the robot hand 209 . While maintaining this state, the hand 209 is pulled out of the substrate cassette 205 , whereby the substrate 3 is removed.

Dann transportiert der Substrattransportroboter 206 das der Substratkassette 205 entnommene Substrat 3 in die Sputter kammer 202, nachdem das Schleusenventil 204 geöffnet wurde. Danach setzt der Substrattransportroboter 206 das Substrat auf einen Substrathalter, der unmittelbar über einer Kathode 207 (d. h. einer später genauer angegebenen Substratträger platte 2) vorhanden ist, und er kehrt in die erste Position zurück. In diesem Fall wird die Sputterkammer 202 immer auf Hochvakuum gehalten, wobei die Vakuumpumpe mit einem Pumpstutzen 208 verbunden ist.Then the substrate transport robot 206 transports the substrate 3 removed from the substrate cassette 205 into the sputtering chamber 202 after the lock valve 204 has been opened. Thereafter, the substrate transport robot 206 places the substrate on a substrate holder which is immediately above a cathode 207 (ie, a substrate carrier plate 2 to be specified later), and it returns to the first position. In this case, the sputtering chamber 202 is always kept at high vacuum, the vacuum pump being connected to a pump nozzle 208 .

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 der wesentliche Aufbau der Sputterkammer 202 beschrieben. Ein Substrathal ter-Montageflansch 11 und ein oberer Flansch 13 der Vakuum kammer sind jeweilige Teile, die den Außenteil der Vaku umkammer bilden, wobei die Unterseite derselben in die Va kuumkammer zeigt, während ihre Oberseite aus der Vakuumkam mer herauszeigt.The essential structure of the sputtering chamber 202 is described below with reference to FIG. 2. A Substrhal mounting flange 11 and an upper flange 13 of the vacuum chamber are respective parts which form the outer part of the vacuum chamber, the underside of which shows the vacuum chamber in the Va, while its upper side points out of the vacuum chamber.

Der Substrathalter-Montageflansch 11 ist über einen isolie renden Abstandshalter 12 im oberen Flansch 13 der Vakuumkam mer befestigt. Dieser Verbindungsbereich ist durch einen O- Ring 14 abgedichtet, um den Vakuumzustand aufrechtzuerhal ten.The substrate holder mounting flange 11 is attached via an isolating spacer 12 in the upper flange 13 of the vacuum chamber. This connection area is sealed by an O-ring 14 to maintain the vacuum state.

Innerhalb der Vakuumkammer sind eine Substratträgerplatte 2 und ein Substratspannmechanismus 4 angeordnet. Der letztere hält das Substrat 3 mittels eines Spannstifts 40, damit das Substrat auf die Substratträgerplatte 2 geschoben wird. A substrate carrier plate 2 and a substrate clamping mechanism 4 are arranged within the vacuum chamber. The latter holds the substrate 3 by means of a dowel pin 40 so that the substrate is pushed onto the substrate carrier plate 2 .

Durch den Spannstift 40 wirkt eine Kraft über eine Spannfe der 6 in einer Richtung, in der das Substrat 3 dauernd auf die Substratträgerplatte 2 gedrückt wird. Die Spannfeder 6 wird durch einen unteren Teil 5 eines Federhalters und einen oberen Teil 7 eines Federhalters gehalten. Ferner wird der Spannstift 40 entgegen der Kraft der Spannfeder 6 durch ei nen Niederdrückstab 8 des Substratspannmechanismus nach un ten gedrückt. Dieser Niederdrückstab 8 des Substratspannme chanismus ist so aufgebaut, dass er mittels der über einen Vakuumbalg 9 auf einen Zylinder 10 übertragenen Kraft nach oben und unten verstellt werden kann.Through the dowel pin 40, a force acts via a Spannfe 6 in a direction in which the substrate 3 is continuously pressed onto the substrate carrier plate 2 . The tension spring 6 is held by a lower part 5 of a spring holder and an upper part 7 of a spring holder. Furthermore, the dowel pin 40 is pressed against the force of the tension spring 6 by egg NEN push rod 8 of the substrate clamping mechanism down th. This depressing rod 8 of the substrate clamping mechanism is constructed in such a way that it can be adjusted up and down by means of the force transmitted to a cylinder 10 via a vacuum bellows 9 .

Um das Substrat 3 zu halten, läuft zunächst der Niederdrück stab 8 des Substratspannmechanismus nach unten, um den Spannstift 40 nach unten zu drücken. Dann wird das Substrat durch den oben genannten Substrattransportroboter 206 zwi schen den Spannstift 40 und die Substratträgerplatte 2 ein gesetzt. Wenn der Niederdrückstab 8 des Substratspannmecha nismus hochgefahren wird, fährt auch der Spannstift 40 wie der hoch. Das Substrat 3 wird von seinem Rand bis zu etwa 2 bis 3 mm nach innen hin durch den Spannstift 40 gegen die Substratträgerplatte 2 gedrückt, wodurch das Substrat 3 festgehalten wird. Der Vorgang zum Entnehmen des Substrats 3 wird mit umgekehrtem Ablauf ausgeführt.In order to hold the substrate 3 , the depressing rod 8 of the substrate clamping mechanism first runs downwards in order to press the clamping pin 40 downwards. Then the substrate is inserted between the dowel pin 40 and the substrate carrier plate 2 by the above-mentioned substrate transport robot 206 . When the push-down rod 8 of the substrate clamping mechanism is started up, the clamping pin 40 also moves up like that. The substrate 3 is pressed from its edge up to about 2 to 3 mm inwards by the dowel pin 40 against the substrate carrier plate 2 , as a result of which the substrate 3 is held in place. The process for removing the substrate 3 is carried out in the reverse sequence.

An der Rückseite der Substratträgerplatte 2 tritt eine Kühl kanal-Schließplatte 1 in Kontakt mit dieser. Auf der Kühl kanal-Schließplatte 1 ist eine Kühlplatte 17 angebracht. Auf derjenigen Seite, mit der die Kühlplatte 17 mit der Ka nalschließplatte 1 in Kontakt steht, ist eine Nut 170, die einen Kühlmittelkanal bildet, ausgebildet. Zwischen der Kühlplatte 17 und der Kühlkanal-Schließplatte 1 ist ein O- Ring 14 vorhanden, um diese gegeneinander abzudichten, damit das Kühlmittel nicht durch einen Spalt zwischen ihnen in die Vakuumkammer ausleckt. Das Einleiten und Auslassen von Kühl mittel betreffend diesen Kühlmittelkanal (Nut) 170 werden durch einen Kühlmittel-Einlassstutzen 15a, eine Kühlmittel leitung 16 und einen Kühlmittel-Auslassstutzen 15b ausge führt. Die Substratträgerplatte 2 wird durch die Kühlkanal- Schließplatte 1 gekühlt.At the back of the substrate carrier plate 2 , a cooling channel closing plate 1 comes into contact with it. On the cooling channel closing plate 1 , a cooling plate 17 is attached. On the side with which the cooling plate 17 is in contact with the channel locking plate 1 , a groove 170 , which forms a coolant channel, is formed. An O-ring 14 is provided between the cooling plate 17 and the cooling channel closing plate 1 in order to seal them against one another so that the coolant does not leak into the vacuum chamber through a gap between them. The introduction and discharge of coolant relating to this coolant channel (groove) 170 through a coolant inlet pipe 15 a, a coolant line 16 and a coolant outlet pipe 15 b leads out. The substrate carrier plate 2 is cooled by the cooling channel closing plate 1 .

Ein konkaver Teil 20, der einen Strömungskanal für Kühlgas bildet, ist so, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, in der das Substrat tragenden Seite der Substratträgerplatte 2 vorhan den. In diesem konkaven Teil 20 sind ein Kühlgas-Einlass stutzen 22 und ein Kühlgas-Auslassstutzen 24 angeordnet. Dieser konkaver Teil 20 ist kleiner als das Substrat 3, und wenn das Substrat 3 auf der Substratträgerplatte 2 gehalten wird, gelangt der konkave Teil 20 nicht aus dem Bereich des Substrats 3 heraus. Demgemäß kühlt das Kühlgas, das durch den Kühlgas-Einlassstutzen 22 in den konkaven Teil 20 strömt, das Substrat 3 unmittelbar dadurch, dass es an die Rückseite desselben gelangt (siehe Fig. 4). Der Kühlungswir kungsgrad ist dadurch hoch, dass vom Substrat 3 stammende Wärme an die Substratträgerplatte 2 übertragen wird, und dann strömt das Kühlgas aus dem Kühlgas-Auslassstutzen 24 aus (siehe Fig. 4). Zusätzlich hierzu leckt das Kühlgas nicht durch einen Spalt zwischen dem Substrat 3 und der Substratträgerplatte 2 in die Kammer aus, da das Substrat 3 durch den Substratspannmechanismus 4 gegen die Substrat trägerplatte 2 gedrückt wird. Die Zufuhr des Kühlgases kann leicht, immer dann, wenn es erforderlich ist, beendet werden. Beim Ausführungsbeispiel wird Ar als Kühlgas verwen det. Wenn das Substrat ausgetauscht wird, das zur Schicht bildung zu bearbeiten ist, breitet sich das Ganze im konka ven Teil 20 vorhandene Kühlgas in die Vakuumkammer aus. Jedoch wird Ar nicht nur als Kühlgas, sondern auch dazu verwendet, Ionen zu erzeugen, die auf die Targetelektrode gestrahlt werden. Demgemäß tritt kein schlechter Einfluss betreffend die Bearbeitung eines Substrats auf, wenn das im konkaven Teil 20 vorhandene Ar in die Kammer eintritt.A concave part 20 , which forms a flow channel for cooling gas, is, as shown in Fig. 3, in the substrate-carrying side of the substrate support plate 2 vorhan the. In this concave part 20 , a cooling gas inlet nozzle 22 and a cooling gas outlet nozzle 24 are arranged. This concave part 20 is smaller than the substrate 3 , and if the substrate 3 is held on the substrate carrier plate 2 , the concave part 20 does not come out of the area of the substrate 3 . Accordingly, the cooling gas flowing through the cooling gas inlet port 22 into the concave part 20 cools the substrate 3 directly by coming to the rear thereof (see FIG. 4). The degree of cooling efficiency is high in that heat from the substrate 3 is transferred to the substrate carrier plate 2 , and then the cooling gas flows out of the cooling gas outlet port 24 (see FIG. 4). In addition to this, the cooling gas does not leak out through a gap between the substrate 3 and the substrate support plate 2 in the chamber, since the substrate carrier plate 3 by the substrate clamp mechanism 4 against the substrate is pressed. 2 The supply of the cooling gas can be stopped easily whenever necessary. In the embodiment, Ar is used as a cooling gas. When the substrate is exchanged, which is to be processed for layer formation, the whole process of the cooling gas present in the concave part 20 spreads into the vacuum chamber. However, Ar is used not only as a cooling gas, but also to generate ions that are radiated onto the target electrode. Accordingly, there is no bad influence on the processing of a substrate when the Ar present in the concave part 20 enters the chamber.

Ferner ist in der Sputtervorrichtung, was jedoch in der Fi gur nicht dargestellt ist, ein Mechanismus zum Anlegen einer hochfrequenten Spannung an das auf der Substratträgerplatte 2 gehaltene Substrat 3 vorhanden. Bei diesem Ausführungsbei spiel der Erfindung werden der Substrathalter-Montageflansch 11 und jeder von ihm gehaltene Teil (z. B. die Substratträ gerplatte 2, die Kühlmittel-Einlassleitung 16, der obere Teil 7 des Federhalters, die Kühlkanal-Schließplatte 1, die Kühlplatte 17, der Substratspannmechanismus 4) als Schalt kreis zum Zuführen einer hochfrequenten Spannung zum Substrat 3 verwendet. Aus diesem Grund sind diese Teile elektrisch gegen Masse isoliert. Andererseits werden, um die oben genannten Teile vor Ionen zu schützen, die Ober flächen derselben (Kühlmittel-Einlassleitung 16, oberer Teil 7 des Federhalters, Kühlkanal-Schließplatte 1, Kühlplatte 17, Substratspannmechanismus 4) auf Massepotential gehalten.Furthermore, a mechanism for applying a high-frequency voltage to the substrate 3 held on the substrate carrier plate 2 is present in the sputtering device, but this is not shown in the figure. In this exemplary embodiment of the invention, the substrate holder mounting flange 11 and each part held by it (e.g. the substrate support plate 2 , the coolant inlet line 16 , the upper part 7 of the spring holder, the cooling channel closing plate 1 , the cooling plate 17 , The substrate clamping mechanism 4 ) used as a circuit for supplying a high-frequency voltage to the substrate 3 . For this reason, these parts are electrically isolated from earth. On the other hand, in order to protect the above-mentioned parts from ions, the upper surfaces thereof (coolant inlet line 16 , upper part 7 of the spring holder, cooling channel closing plate 1 , cooling plate 17 , substrate clamping mechanism 4 ) are kept at ground potential.

Ferner werden Teflonleitungen als Kühlmittelschläuche ver wendet. Außerdem wird ein über Schläuche angeschlossenes Druckluftsystem für den Zylinderantrieb verwendet. Demgemäß ist es möglich, eine Schicht dadurch auf dem Substrat her zustellen, dass eine hochfrequente Spannung an einen Teil (d. h. das Substrat 3) des Substrathalter-Montage flanschs 11 über eine Schaltung (in der Figur nicht dar gestellt) zum Einstellen einer hochfrequenten Spannung an gelegt wird.Teflon lines are also used as coolant hoses. In addition, a compressed air system connected via hoses is used for the cylinder drive. Accordingly, it is possible to produce a layer on the substrate by applying a high frequency voltage to a part (ie the substrate 3 ) of the substrate holder mounting flange 11 via a circuit (not shown in the figure) for setting a high frequency voltage is placed.

Eine Erläuterung für das Einstellverfahren für das elektri sche Vorspannungspotential, das an das Substrat gelegt wird, sowie eine Erläuterung zu einem Verfahren zum kontinuierli chen Ändern der Phasendifferenz hochfrequenter elektrischer Spannungen, die an das Target gelegt werden, werden wegge lassen, da sie ähnlich wie bei herkömmlichen Sputtervorrich tungen vom Chargentyp arbeiten.An explanation of the setting procedure for the electri stress potential that is applied to the substrate, and an explanation of a method for continuous Chen change the phase difference of high-frequency electrical Tensions that are applied to the target are removed leave, as they are similar to conventional sputtering batch type work.

Da es beim oben genannten Ausführungsbeispiel möglich ist, eine Einzelbearbeitung mit einer ladbaren Kammer mit Hin- und Herbewegung des Substrats auszuführen, ist es möglich, Schichten mit gleichmäßiger Schichtdickenverteilung mit gu ter Reproduzierbarkeit herzustellen. Ferner wird der Schichtbildungsraum immer unter Vakuum gehalten, so dass der Einfluss von Restgaskomponenten verringert ist, und es ist möglich, eine Schicht mit guten Eigenschaften herzustellen.Since it is possible in the above embodiment, a single machining with a loadable chamber with and moving the substrate, it is possible Layers with uniform layer thickness distribution with gu ter reproducibility. Furthermore, the Layer formation room always kept under vacuum so that the Influence of residual gas components is reduced, and it is possible to produce a layer with good properties.

Ferner erfolgt der Substrattransport von einer Kassette zu dieser zurück, so dass keine Zeit dazu erforderlich ist, dass ein Arbeiter das Substrat einsetzt, wodurch die Vorbe reitungszeit extrem verringert werden kann. Die Schicht bildungskammer für das Substrat wird immer unter Vakuum ge halten, was im Gegensatz zum Fall bei einer Vorrichtung vom herkömmlichen Chargentyp steht, die immer an die Atmo sphäre geöffnet wird, wenn Substrate bearbeitet werden. Dadurch entsteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Störung durch Restgaskomponenten, die zu einer Streuung der Schichtdicke führen.Furthermore, the substrate is transported from a cassette this back so no time is required that a worker uses the substrate, which riding time can be reduced extremely. The layer Education chamber for the substrate is always under vacuum hold what, unlike the case with a device from the conventional batch type that always matches the atmosphere sphere is opened when substrates are processed. This does not result in the device according to the invention Disturbance due to residual gas components that lead to a scattering of the Lead layer thickness.

Mit der erfindungsgemäßen Sputtervorrichtung ist es möglich, wiederholt Schichten mit gleichmäßiger Dickenverteilung zu erzeugen. Da die Kammer zum Herstellen von Schichten auf Substraten immer unter Vakuum gehalten wird, ist der uner wünschte nachteilige Einfluss von Restgaskomponenten ver ringert und es wird die Herstellung von Schichten mit guten Schichteigenschaften möglich. Da außerdem kein flüssiges Metall verwendet wird, kann auf einfache Weise eine Automa tisierung des Herstellprozesses der Schichtbildung geplant werden, wodurch der Herstellwirkungsgrad ansteigt.With the sputtering device according to the invention it is possible to repeats layers with even thickness distribution produce. Because the chamber for making layers on Keeping substrates always under vacuum is the least desired adverse influence of residual gas components wrestles and it will make layers with good Layer properties possible. Since also no liquid Metal is used, can easily automa Planning of the manufacturing process of layer formation planned become, which increases the manufacturing efficiency.

Claims

1. A substrate carrier for holding a substrate ( 3 ) in a vacuum container ( 202 ) of a sputtering device, comprising:
a carrier element ( 2 ) for carrying the substrate by direct contact with the rear side thereof,
a clamping mechanism ( 4 ) for pressing the substrate onto the carrier element ( 2 ), and
a cooling device ( 1 , 17 , 170 ; 20 , 22 , 24 ) for cooling the substrate by means of cooling gas,
characterized in that the tensioning mechanism ( 4 ) has:
a clamping holder ( 40 ) to position the substrate ( 3 ) and press it onto the carrier element ( 2 ), and
one from outside of the vacuum container ( 202 ) operable, via a vacuum bellows ( 9 ) connected to this push rod ( 8 ) for actuating the clamping holder ( 40 ), so that the substrate can be held on or released from the carrier element.

2. Substrate carrier according to claim 1, characterized in that the cooling device ( 20 , 22 , 24 ) is set up to bring the cooling gas into contact with the substrate.

3. Substrate carrier according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier element ( 2 ) on its surface which comes into contact with the substrate has a concave part ( 20 ) which lies within the circumference of the held substrate, the Substrate carrier has a gas inlet / outlet mechanism ( 22 , 24 ) for supplying and discharging cooling gas to the concave part of the carrier element ( 2 ) when it holds the substrate.

4. Substrate carrier according to one of the preceding claims, characterized by a cooling channel ( 170 ) for passing cooling gas and cooling the substrate carrier.

5. substrate carrier according to one of the preceding claims, characterized in that Ar is used as the cooling gas.

6. Substrate carrier according to one of the preceding claims, characterized by a device for applying a high-frequency voltage to the substrate ( 3 ) held by the carrier element ( 2 ).