DE19928319C1 - Verfahren und Einrichtung zur Substratbeschichtung mittels Sputtern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Hochtemperatur-Substratbeschichtung mittels Sputtern, wobei nach Substratanbringung an einem in einem Gehäuse (1) bewegbar angeordneten Substrathalter (4) eine Beheizung vorgenommen wird und unter Bewegen des Substrathalters (4) ein Sputtern vorgenommen wird. DOLLAR A Um in einem Verfahrensdurchlauf ein Substrat beidseitig beschichten zu können, ist erfindungsgemäß mindestens ein Substrat (3) derart an dem Substrathalter (4) angebracht, daß es an seinen beiden Seiten (3a, 3b) frei zugänglich ist und mit diesen Seiten beim Bewegen des Substrathalters an Öffnungen (8) und (9) ineinander gegenüberliegenden Wänden (6) und (7) des Gehäuses (1) vorbeiführbar. Die Beheizung erfolgt mittels Strahlungsbeheizung (14, 15) vom Gehäuse (1) aus, und das Sputtern wird mittels einer Targetanordnung mit zwei Targets (10) und (11) vorgenommen, die sich außerhalb des Gehäuses (1) vor den Öffnungen (8, 9) befinden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Substratbeschichtung mittels Sputtern, bei dem nach Sub­ stratanbringung an einem in einem Gehäuse bewegbar angeord­ neten Substrathalter eine Beheizung und unter Bewegen des Substrathalters ein Sputtern mittels einer Targetanordnung vorgenommen wird.

Ein solches Verfahren ist der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 04 592 A1 entnehmbar. Zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens wird eine Einrichtung verwendet, die in einem Ge­ häuse einen Substrathalter enthält, der als Drehteller aus­ gebildet ist. Unterhalb des Drehtellers befindet sich eine Anordnung zur Beheizung eines Substrats, das vor seiner Be­ schichtung oben auf den Drehteller aufgebracht wird. Dem Sub­ strat mit seiner zu beschichtenden Seite gegenüber befindet sich ein Target, mit dem ein Sputtern erfolgt, nachdem das Substrat ausreichend aufgeheizt worden ist. Das Sputtern er­ folgt dabei unter Drehbewegung des Drehtellers zur Erzielung einer gleichmäßigen Schicht, weil das Target außerhalb der Flucht der Mittenachse des Drehtellers ausgerichtet schräg zum Substrat verlaufend angeordnet ist. Mit dem bekannten Verfahren bzw. mit der bekannten Einrichtung lassen sich Sub­ strate nur auf einer Seite beschichten; soll auch die weitere Seite des Substrats beschichtet werden, dann ist das Substrat umgekehrt auf den Drehteller aufzulegen und ein zweiter Sput­ tervorgang durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so fortzuentwickeln, daß mit ihm in wirtschaftlich günstiger Weise eine beidseitige Beschichtung eines Substrates in einem einzigen Sputterschritt vorgenommen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß mindestens ein Substrat der­ art an dem Substrathalter angebracht, daß es an seinen beiden Seiten frei zugänglich und mit diesen Seiten beim Bewegen des Substrathalters an Öffnungen in einander gegenüberliegenden eines den Substrathalter umfassenden Gehäuses vorbeiführbar ist; die Beheizung erfolgt mittels Strahlungsbeheizung vom Gehäuse aus, und das Sputtern wird mittels einer Tar­ getanordnung mit zwei Targets vorgenommen wird, die sich au­ ßerhalb des Gehäuses vor den Öffnungen befinden. Unter einem Substrat wird dabei nicht nur beispielsweise ein einziger Wa­ fer verstanden, der in einem Arbeitsschritt beidseitig be­ schichtet werden soll, sondern auch ein Substrat-Verbund bei­ spielsweise aus zwei Wafern, wenn diese jeweils nur an einer Seite in einem Arbeitsschritt beschichtet werden sollen.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß in einem einzigen Vorgang bzw. Schritt ein Substrat beidseitig beschichtet werden kann, wodurch sich die Beschichtung im Vergleich zu dem bekannten Verfahren wirtschaftlich erheblich günstiger durchführen läßt. Dabei ist der zusätzliche Aufwand vergleichsweise gering, weil im wesentlichen lediglich eine Targetanordnung mit zwei Targets zum Einsatz kommen muß. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß aufgrund des benötigten nur einen Sputterschrittes die Schichten auf beiden Seiten identische Eigenschaften aufweisen, wenn gleichartige Targets verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Bewegen des Sub­ strathalters in unterschiedlicher Weise ausgeführt werden; als vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Substrathalter mit dem mindestens einen Substrat translatorisch oszillierend an den Öffnungen vorbeigeführt wird. Läßt das verwendete Target eine relativ langgestreckte Öffnung im Gehäuse zu, dann können bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils mehrere Substrate auf dem Substrathalter gleichzeitig beidseitig beschichtet werden.

Besonders gute Arbeitsergebnisse lassen sich mit dem erfin­ dungsgemäße Verfahren dann erreichen, wenn der Substrathalter mit einer solchen Frequenz translatorisch oszillierend an den Öffnungen vorbei geführt wird, daß während des Vorbeiführens an den Öffnungen des Gehäuses die Substrattemperatur unverän­ dert bleibt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens wird der Substrathalter mit dem min­ destens einen Substrat durch Drehbewegungen an den Öffnungen vorbei geführt. Der Vorteil dieser Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens besteht vor allem darin, daß die dazu benötigte Einrichtung verhältnismäßig einfach herstellbar ist.

Bei der eben beschriebenen Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Verfahrens wird der Substrathalter vorteilhafterweise mit einer solchen Drehzahl gedreht, daß während des Vorbei­ führens an den Öffnungen des Gehäuses die Substrattemperatur unverändert bleibt.

Die Strahlungsbeheizung kann bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren in unterschiedlicher Weise bewirkt werden; als beson­ ders vorteilhaft wird es im Hinblick auf den Aufwand und die Steuerbarkeit angesehen, wenn zur Strahlungsbeheizung eine elektrische Heizung eingesetzt wird.

Aus der oben angegebenen Offenlegungsschrift DE 41 04 592 A1 ist auch eine Einrichtung zur Hochtemperatur-Substratbe­ schichtung mittels Sputtern mit einer Substratheizung, mit einem Gehäuse mit einem in ihm bewegbar gehaltenen Substrat­ halter und mit einer Targetanordnung bekannt.

Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll eine solche Einrichtung so verändert werden, daß mit ihr in einem einzi­ gen Sputterschritt ein Substrat auf seinen beiden Seiten be­ schichtet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist erfindungsgemäß der Substrat­ halter eine Substrathalteeinrichtung mit einer derartigen Ausgestaltung auf, daß ein Substrat an seinen beiden Seiten frei zugänglich haltbar ist; in beiden dem Substrathalter gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses sind Öffnungen in einer solchen Lage vorhanden, daß beim Bewegen des Substrat­ halters das Substrat an den Öffnungen vorbei geführt wird; die Targetanordnung besteht aus zwei Targets, die jeweils au­ ßerhalb des Gehäuses vor den Öffnungen liegen, und die Sub­ stratheizung ist von einer Strahlungsheizung des Gehäuses ge­ bildet. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Einrichtung vor allem insofern, als sie mit vergleichsweise einfachen Mitteln eine Beschichtung eines Substrates in einem Arbeitsschritt auf seinen beiden Seiten zuläßt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann der Substrathalter in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Substrathalter ein innerhalb des Gehäuses geführter Schlitten ist.

Hinsichtlich des Aufwandes zur Herstellung der erfindungsge­ mäßen Einrichtung besonders günstig ist es, wenn der Sub­ strathalter ein Drehteller ist und in mindestens einem Be­ reich außerhalb seiner Mittenachse eine Substrathalteeinrich­ tung in einer solchen Lage aufweist, daß beim Drehen des Sub­ strathalters das Substrat an den Öffnungen vorbei geführt wird.

Zur Strahlungsbeheizung kann die erfindungsgemäße Einrichtung unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise kann sie durch ein in beliebiger Weise von außen beheiztes Gehäuse si­ chergestellt sein. Aus Gründen einer kostengünstigen Herstel­ lung und zur Erzielung einer guten Temperatursteuerung wird es jedoch als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Strahlungsheizung aus jeweils einer Heizmatte auf der Innen­ seite der die Öffnungen aufweisenden Seiten des Gehäuses be­ steht.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung können die Öffnungen in den einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses in unter­ schiedlicher Weise angeordnet sein, beispielsweise können sie direkt einander gegenüberliegen. Als besonders vorteilhaft wird es jedoch angesehen, wenn die Öffnungen diametral zuein­ ander vorgesehen sind, weil sich in diesem Falle eine Ver­ gleichmäßigung der Temperaturbelastung des Substrates durch Wärmeabstrahlung über die beiden Öffnungen erzielen läßt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 ein Schnitt durch ein schematisch dargestelltes Aus­ führungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens und in

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wiedergegeben; in

Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein weiteres schematisch darge­ stelltes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens und in

Fig. 4 eine Draufsicht auf dieses Ausführungsbeispiel ge­ zeigt.

Wie die Fig. 1 erkennen läßt, weist die dargestellte Ein­ richtung 1 ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Substrat 3 auf einem Schlitten 4 in Richtung des Doppelpfeiles 5 translatorisch oszillierend hin und her bewegt werden kann. Der Antrieb für den Substrathalter ist der besseren Übersichtlichkeit in der Figur nicht gezeigt.

Die Fig. 1 läßt ferner erkennen, daß das Gehäuse 2 an seinen einander gegenüberliegenden Seiten 6 und 7 jeweils eine Öff­ nung 8 und 9 aufweist, an denen der Substrathalter 4 mit dem Substrat 3 bei seiner translatorisch oszillierenden Bewegung vorbeigeführt wird. Vor den Öffnungen 8 und 9 liegt jeweils ein ebenfalls nur schematisch dargestelltes Target 10 bzw. 11.

Auf der inneren Wandung 12 der Gehäuseseite 6 und der inneren Wandung 13 der Seite 7 des Gehäuses befindet sich jeweils eine Heizmatte 14 bzw. 15, die in nicht dargestellter Weise mit elektrischen Anschlüssen versehen ist und eine elektri­ sche Heizung darstellen. Von diesen Heizmatten 14 und 15 wird Wärmestrahlung abgegeben und dadurch das jeweilige Substrat 3 auf die erforderliche Temperatur erwärmt.

Ist das Substrat 3 ausreichend aufgeheizt, dann werden die Targets 10 und 11 aktiviert, und es beginnt der eigentliche Sputtervorgang. Dabei wird das Substrat 3 mit dem Substrat­ halter 4 auf dem Schlitten hin und her bewegt, wobei eine solche Frequenz gewählt wird, daß beim jeweiligen Vorbeifüh­ ren des Substrates 3 an den Öffnungen 8 und 9 keine nennens­ werte Abkühlung eintritt, also die Temperatur erhalten bleibt.

Wie die Fig. 2 deutlich erkennen läßt, sind die Öffnungen 8 und 9 in den Seiten 6 und 7 des Gehäuses 2 als längliche Rechtecke ausgebildet, wozu eine entsprechend geometrisch ausgestaltetes Traget 10 bzw. 11 gehört. Sind die Substrate im Vergleich zur Öffnung 8 bzw. 9 relativ klein, dann können mit dem Schlitten parallel mehrere Substrate an den Öffnungen 8 und 9 vorbeigeführt werden.

Die Einrichtung nach den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von der nach den Fig. 1 und 2 dadurch, daß der Substrat­ halter als ein Drehteller 20 ausgebildet ist, an dem mittels einer Substrataufnahme 21 ein Substrat 22 derart gehalten ist, daß es an seinen beiden Seiten 23 und 24 frei zugänglich ist. Wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, ist der Drehteller 20 auf einer Achse 25 gelagert.

Die Substrataufnahme 21 mit dem Substrat 22 ist so an dem Drehteller 20 positioniert, daß bei der Drehbewegung das Sub­ strat an Öffnungen 26 bzw. 27 in Gehäusewänden 28 und 29 vor­ beigeführt wird. Vor diesen Öffnungen 26 und 27 liegen Tar­ gets 30 und 31, mittels denen eine Beschichtung des Substra­ tes 22 auf seinen beiden Seiten 23 und 24 erfolgt.

Die Fig. 4 zeigt, daß die Öffnungen 26 und 27 bei diesem Ausführungsbeispiel kreisrund sind entsprechend der Bemessung des Substrates 22.

Claims (11)

1. Verfahren zur Substratbeschichtung mittels Sputtern, bei dem

• - nach Substratanbringung an einem in einem Gehäuse (1) be­ wegbar angeordneten Substrathalter (4) eine Beheizung vor­ genommen wird und
• - unter Bewegen des Substrathalters (4) ein Sputtern mittels einer Targetanordnung (10, 11) vorgenommen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - mindestens ein Substrat (3) derart an dem Substrathalter (4) angebracht wird, daß es an seinen beiden Seiten (3a, 3b) frei zugänglich ist und mit diesen Seiten (3a, 3b) beim Bewegen des Substrathalters (4) an Öffnungen (8, 9) in einander gegenüberliegenden Wänden (6, 7) des den Sub­ strathalter (4) umfassenden Gehäuses (1) vorbeiführbar ist,
• - die Beheizung mittels Strahlungsbeheizung vom Gehäuse (1) aus erfolgt und
• - das Sputtern mittels einer Targetanordnung mit zwei Tar­ gets (10, 11) vorgenommen wird, die sich außerhalb des Ge­ häuses (1) vor den Öffnungen (8, 9) befinden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Substrathalter (4) mit dem mindestens einen Substrat (3) translatorisch oszillierend an den Öffnungen (10, 11) vorbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Substrathalter (4) mit einer solchen Frequenz oszil­ lierend an den Öffnungen (10, 11) vorbei geführt wird, daß während des Vorbeiführens an den Öffnungen (10, 11) des Gehäuses (1) die Substrattemperatur unverändert bleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Substrathalter (20) mit dem mindestens einen Substrat (22) durch Drehbewegungen an den Öffnungen (26, 27) vorbei geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Substrathalter (20) mit einer solchen Drehzahl gedreht wird, daß während des Vorbeiführens an den Öffnungen (26, 27) des Gehäuses (1) die Substrattemperatur unverändert bleibt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zur Strahlungsbeheizung eine elektrische Heizung einge­ setzt wird.

7. Einrichtung zur Substratbeschichtung mit­ tels Sputtern

• - mit einer Substratheizung,
• - mit einem Gehäuse (1) mit einem in ihm bewegbar gehaltenen Substrathalter (4) und
• - mit einer Targetanordnung (10, 11),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Substrathalter (4) eine Substrataufnahme mit einer derartigen Ausgestaltung aufweist, daß ein Substrat (3) an seinen beiden Seiten (3a, 3b) frei zugänglich haltbar ist,
• - in beiden dem Substrathalter (4) gegenüberliegenden Wänden (6, 7) des Gehäuses (1) Öffnungen (8, 9) in einer solchen Lage vorhanden sind, daß beim Bewegen des Substrathalters (4) das Substrat (3) an den Öffnungen (8, 9) vorbei ge­ führt wird,
• - die Targetanordnung aus zwei Targets (10, 11) besteht, die jeweils außerhalb des Gehäuses (1) vor den Öffnungen (8, 9) liegen, und
• - die Substratheizung von einer Strahlungsheizung (14, 15) des Gehäuses (1) gebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Substrathalter (4) ein innerhalb des Gehäuses geführ­ ter Schlitten ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Substrathalter ein Drehteller (20) ist und in minde­ stens einem Bereich außerhalb seiner Mittenachse eine Sub­ strataufnahme in einer solchen Lage aufweist, daß beim Drehen des Substrathalters (20) das Substrat (22) an den Öffnungen (26, 27) vorbei geführt wird.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Strahlungsheizung aus jeweils einer Heizmatte (14, 15) auf der Innenseite (12, 13) der die Öffnungen (8, 9) auf­ weisenden Wände (6, 7) des Gehäuses (1) besteht.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Öffnungen (8, 9) diametral zueinander vorgesehen sind.