DE19743869A1 - Supplying process gas to a vacuum coating chamber - Google Patents

Supplying process gas to a vacuum coating chamber

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Michael Scherer
Wolfgang Schwarz
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • C23C14/541—Heating or cooling of the substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering

Abstract

Process gas is supplied to a vacuum coating chamber at the substrate seating face of a substrate holder plate. An Independent claim is also included for a vacuum coating (especially sputtering) unit for carrying out the above process, in which the substrate seating face (6) is designed for supplying at least part of the process gas between itself and a seated substrate (7) into the chamber (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuführen von Prozeßgas in einen Rezipienten einer Vakuum-Beschich­ tungsanlage, insbesondere Sputteranlage. Weiterhin be­ trifft die Erfindung eine Vakuum-Beschichtungsanlage, insbesondere Sputteranlage zur Durchführung des Verfah­ rens, welche eine Substrathalteplatte hat, die eine zum Auflegen eines Substrates ausgebildete Substratauflage­ fläche aufweist und bei der eine Gaszuführleitung inner­ halb der Substrathalteplatte zu der Substratauflagefläche führt und dort mündet.The invention relates to a method for feeding Process gas in a recipient of a vacuum coating processing system, in particular sputtering system. Continue to be the invention relates to a vacuum coating system, in particular sputtering system for carrying out the process rens, which has a substrate holding plate, one for Laying a substrate formed substrate support Surface and in which a gas supply line inside half of the substrate holding plate to the substrate support surface leads and flows there.

Bei Vakuum-Beschichtungsanlagen ist es meist erforder­ lich, daß das auf die Substratauflagefläche aufliegende Substrat vor zu hohen Temperaturen geschützt wird. Hierzu kühlt man die Substrathalteplatte mit Wasser. Wegen der Rauhigkeit des Substrates und/oder der Substratauflage­ fläche ist der Wärmeübergang zwischen dem Substrat und der Substratauflagefläche jedoch relativ schlecht, weil in den Zwischenräumen genau wie im gesamten Rezipienten Hochvakuum herrscht, so daß die Kühlung des Substrates entsprechend gering ist.It is usually required for vacuum coating systems Lich that that lying on the substrate support surface Substrate is protected from excessive temperatures. For this one cools the substrate holding plate with water. Because of the Roughness of the substrate and / or the substrate support area is the heat transfer between the substrate and the substrate contact surface, however, relatively poor because in the spaces just like in the entire recipient High vacuum prevails, so that the cooling of the substrate is correspondingly low.

Zur Verringerung des Wärmeübergangswiderstandes zwischen dem Substrat und der Substratauflagefläche ist es be­ kannt, zwischen der Außenseite des Substrates und der Substratauflagefläche eine Abdichtung vorzusehen und mit­ tels einer Gaszuführleitung Helium als Wärmeleitmittel in den Raum zwischen Substrat und Substratauflagefläche einzugeben, damit über dieses Helium ähnlich wie bei ei­ ner Wärmeleitpaste die Wärmeübertragung erfolgen kann. To reduce the heat transfer resistance between it is the substrate and the substrate support surface knows, between the outside of the substrate and the Substrate support surface to provide a seal and with tels of a gas supply line helium as heat conduction in the space between the substrate and the substrate support surface so that helium is similar to egg ner thermal grease the heat transfer can take place.  

Eine solche Verbesserung der Wärmeübertragung verlangt jedoch relativ hohen Aufwand, damit sichergestellt wird, daß das ausschließlich der Wärmeübertragung dienende Helium nicht in den Rezipienten gelangt und den Sputter­ prozeß stört.Such an improvement in heat transfer requires but relatively high effort to ensure that that is used exclusively for heat transfer Helium does not get into the recipient and the sputter process interferes.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Zuführen von Prozeßgas in einen Rezipienten einer Vakuum-Beschichtungsanlage zu entwickeln, in der das Substrat auf besonders einfache Weise wirkungsvoll ge­ kühlt werden kann. Weiterhin soll eine Vakuum-Beschich­ tungsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.The problem underlying the invention is a method for supplying process gas to a recipient To develop a vacuum coating system in which the Effective substrate in a particularly simple manner can be cooled. Vacuum coating is also intended tion system created to carry out this process become.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß zumindest eine Teilmenge des Prozeßgases zwi­ schen einer Substratauflagefläche einer Substrathalte­ platte in den Rezipienten eingebracht wird.The first-mentioned problem is thereby ge according to the invention triggers that at least a subset of the process gas between rule a substrate support surface of a substrate holder plate is introduced into the recipient.

Bei dieser Verfahrensweise wird ein Abdichten des Raumes zwischen der Rückseite des Substrates und der Substrat­ auflagefläche unnötig, weil das für die Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen dem Substrat und der Substrat­ halteplatte zugeführte Gas zugleich Prozeßgas ist und deshalb ein Eintritt dieses Gases in den Rezipienten mengenmäßig erfaßt und hingenommen werden kann, indem entsprechend weniger Prozeßgas auf übliche Weise zuge­ führt wird. Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist deshalb der Aufwand zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen dem Substrat und der Substratauflage äußerst gering.This procedure involves sealing the room between the back of the substrate and the substrate footprint unnecessary because that for the improvement of the Heat transfer between the substrate and the substrate holding plate supplied gas is also process gas and therefore an entry of this gas into the recipient can be quantified and accepted by correspondingly less process gas supplied in the usual way leads. In the procedure according to the invention therefore the effort to improve the heat transfer extremely between the substrate and the substrate support low.

Durch die Zufuhr des Prozeßgases hinter das Substrat hat das Substrat die Tendenz, sich von der Substratauflage abzuheben, wodurch die hierdurch in den Rezipienten ein­ strömende Prozeßgasmenge sich vergrößert. Eine defi­ nierte Prozeßgasmenge kann exakt eingestellt werden, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Teil­ menge des Prozeßgases durch die Andrückkraft des Substrates auf die Substratauflagefläche festgelegt wird und wenn man diese Andrückkraft durch das Gewicht eines das Substrat haltenden, ausschließlich vom Substrat auf der Substratauflagefläche abgestützten Substratträgers vorgibt.By supplying the process gas behind the substrate the substrate tends to stand out from the substrate pad to stand out, thereby entering the recipient flowing process gas volume increases. A defi  The process gas quantity can be set exactly. if according to a development of the invention, the part amount of process gas by the pressure of the Substrate is set on the substrate support surface and if you compare this pressing force with the weight of a holding the substrate only on the substrate the substrate support surface supported substrate carrier pretends.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer Vakuum-Beschichtungsanlage zur Durchführung des vorge­ nannten Verfahrens, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Substratauflagefläche zum Zuführen von Prozeß­ gas in den Rezipienten zwischen der Substratauflagefläche und dem aufgelegten Substrat ausgebildet ist.The second problem, namely the creation of a Vacuum coating system for performing the pre called method, is solved according to the invention by that the substrate support surface for feeding process gas in the recipient between the substrate support surface and the placed substrate is formed.

Eine solche Vakuum-Beschichtungsanlage erlaubt die Ver­ besserung des Wärmeüberganges zwischen dem Substrat und der Substratauflagefläche, ohne daß hierfür aufwendige Abdichtungsmaßnahmen erforderlich werden. Dadurch ist mit äußerst einfachen Mitteln eine gute Kühlung des Substra­ tes möglich.Such a vacuum coating system allows the Ver improvement of the heat transfer between the substrate and the substrate support surface, without this being expensive Sealing measures are required. This is with very simple means good cooling of the substra possible.

Eine ausreichend große Andrückkraft des Substrates auf die Substratauflagefläche und damit ein definierter Aus­ tritt des Prozeßgases zwischen Substrat und Substratauf­ lagefläche läßt sich erreichen, wenn gemäß einer vor­ teilhaften Weiterbildung der Erfindung das Substrat aus­ schließlich durch sein Gewicht auf der Substratauflage­ fläche aufliegt.A sufficiently large pressing force on the substrate the substrate contact surface and thus a defined Aus the process gas occurs between substrate and substrate can be reached if according to one before partial development of the invention from the substrate finally by its weight on the substrate support surface rests.

Bei kleineren Substraten läßt sich eine ausreichend große Andrückkraft gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß das Substrat von einem sich ausschließlich über das Substrat auf der Substratauflagefläche abstützenden Substratträger gehal­ ten ist.With smaller substrates one can be sufficient great pressing force according to another development of the Achieve invention in that the substrate of a only on the substrate on the  Substrate support surface supporting substrate holder is.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.The invention allows various embodiments. To further clarify its basic principle is one of which is shown in the drawing and is shown below described.

Die Zeichnung zeigt einen Teilbereich einer Wand 1 eines Rezipienten 2. Innerhalb dieses Rezipienten ist ein Dreh­ teller 3 angeordnet, welcher mit einer Hohlachse 4 die Wand 1 durchdringt. Der Drehteller 3 hat eine wasserge­ kühlte Substrathalteplatte 5 mit einer Substratauflage­ fläche 6, auf welcher ein Substrat 7 aufliegt. Das Substrat 7 ist in einem Substratträger 8 eingespannt, der die Substrathalteplatte 5 nicht berührt, so daß sich sein Gewicht ausschließlich über das Substrat 7 auf der Substratauflagefläche 6 abstützt.The drawing shows a partial area of a wall 1 of a recipient 2 . Within this recipient, a turntable 3 is arranged, which penetrates the wall 1 with a hollow axis 4 . The turntable 3 has a water-cooled substrate holding plate 5 with a substrate support surface 6 on which a substrate 7 rests. The substrate 7 is clamped in a substrate carrier 8 , which does not touch the substrate holding plate 5 , so that its weight is supported only on the substrate support surface 6 via the substrate 7 .

Die Hohlachse 4 ist mit einer axial durch sie hindurch­ führenden Gasleitung 9 versehen, welche mit radial in der Substrathalteplatte 5 verlaufenden Gaszuführleitungen 10 Verbindung hat. Von diesen Gaszuführleitungen 10 führt jeweils eine Auslaßleitung 11 bis unter das Substrat 7. Ohne das aufgelegte Substrat 7 könnte deshalb über die Gaszuführleitung 10 zugeführtes Gas über die Auslaßlei­ tung 11 frei in den Rezipienten 2 strömen. Durch das Ge­ wicht des Substrates 7 und des Substrathalters 8 liegt das Substrat 7 jedoch so fest auf der Substratauflage­ fläche 6 auf, daß nur geringe Mengen Gas infolge von Reihigkeiten und Unebenheiten des Substrates und/oder der Substratauflagefläche 6 unter das Substrat 7 hindurch ra­ dial nach außen strömt und dann in den Rezipienten 2 ge­ langt. Da es sich gemäß dem Verfahren nach der Erfindung bei dem Gas um Prozeßgas handelt, kann diese austretende Gasmenge bei den Verfahrensparametern berücksichtigt werden und entsprechend weniger Prozeßgas auf andere, übliche Weise zugeführt werden. The hollow axis 4 is provided with a gas line 9 leading axially therethrough, which has a connection to gas supply lines 10 running radially in the substrate holding plate 5 . An outlet line 11 leads from each of these gas supply lines 10 to below the substrate 7 . Without the substrate 7 placed on it, gas supplied via the gas supply line 10 could therefore flow freely via the outlet line 11 into the recipient 2 . Due to the Ge weight of the substrate 7 and the substrate holder 8 , the substrate 7 lies so firmly on the substrate support surface 6 that only small amounts of gas due to rows and unevenness of the substrate and / or the substrate support surface 6 under the substrate 7 through ra dial flows outwards and then reaches into the recipient 2 ge. Since, according to the method according to the invention, the gas is process gas, this exiting amount of gas can be taken into account in the process parameters and correspondingly less process gas can be supplied in another, customary manner.

BezugszeichenlisteReference list

11

Wand
wall

22nd

Rezipient
recipient

33rd

Drehteller
Turntable

44th

Hohlachse
Hollow axle

55

Substrathalteplatte
Substrate holding plate

66

Substratauflagefläche
Substrate support surface

77

Substrat
Substrate

88th

Substratträger
Substrate carrier

99

Gasleitung
Gas pipe

1010th

Gaszuführleitung
Gas supply line

1111

Auslaßleitung
Exhaust pipe

Claims (5)

1. Verfahren zum Zuführen von Prozeßgas in einen Rezi­ pienten einer Vakuum-Beschichtungsanlage, insbesondere Sputteranlage, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Teilmenge des Prozeßgases zwischen einer Substratauflagefläche einer Substrathalteplatte in den Rezipienten eingebracht wird.1. A method for supplying process gas in a recipient of a vacuum coating system, in particular sputtering system, characterized in that at least a partial amount of the process gas is introduced between a substrate support surface of a substrate holding plate in the recipient. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmenge des Prozeßgases durch die Andrück­ kraft des Substrates auf die Substratauflagefläche fest­ gelegt wird und daß man diese Andrückkraft durch das Ge­ wicht eines das Substrat haltenden, ausschließlich vom Substrat auf der Substratauflagefläche abgestützten Substratträgers vorgibt.2. The method according to claim 1, characterized in that that the subset of the process gas by the pressure force of the substrate on the substrate support surface is placed and that this pressing force by the Ge importance of a substrate holding, exclusively from Supported substrate on the substrate support surface Substrate carrier specifies. 3. Vakuum-Beschichtungsanlage, insbesondere Sputteran­ lage, zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, welche eine Substrathalteplatte hat, die eine zum Auflegen eines Substrates ausgebildete Substrataufla­ gefläche aufweist und bei der eine Gaszuführleitung in­ nerhalb der Substrathalteplatte zu der Substratauflage­ fläche führt und dort mündet, dadurch gekennzeichnet, das die Substratauflagefläche (6) zum Zuführen von Prozeßgas in den Rezipienten (2) zwischen der Substratauflagefläche (6) und dem aufgelegten Substrat (7) ausgebildet ist.3. Vacuum coating system, in particular sputtering system, for carrying out the method according to claims 1 or 2, which has a substrate holding plate which has a substrate surface formed for laying on a substrate and in which a gas supply line inside the substrate holding plate leads to the substrate bearing surface and opens there, characterized in that the substrate support surface ( 6 ) is designed for supplying process gas into the recipient ( 2 ) between the substrate support surface ( 6 ) and the substrate ( 7 ) placed thereon. 4. Vakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 3, bei der die Substrathalteplatte waagerecht ausgerichtet ist, da­ durch gekennzeichnet, daß das Substrat (7) ausschließ­ lich durch sein Gewicht auf der Substratauflagefläche (6) aufliegt. 4. Vacuum coating system according to claim 3, wherein the substrate holding plate is aligned horizontally, characterized in that the substrate ( 7 ) rests exclusively by its weight on the substrate support surface ( 6 ). 5. Vakuum-Beschichtungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (7) von einem sich aus­ schließlich über das Substrat (7) auf der Substrataufla­ gefläche (6) abstützenden Substratträger (8) gehalten ist.5. Vacuum coating system according to claim 3, characterized in that the substrate ( 7 ) from a finally on the substrate ( 7 ) on the substrate surface ( 6 ) supporting substrate carrier ( 8 ) is held.
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