DE2755852C2

DE2755852C2 - Anlage zum Behandeln von Substraten mittels eines Ionenstrahls

Info

Publication number: DE2755852C2
Application number: DE2755852A
Authority: DE
Inventors: Martin Feldkirch Märk
Original assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Current assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1983-05-11
Also published as: CH607836A5; US4155011A; FR2375716A1; FR2375716B1; NL7700799A; DE2755852A1; NL173218B; GB1592589A; NL173218C

Description

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Die vorliegende Erfindung betraft eine Anlage zum Behandeln von Substraten mittels eines Ionenstrahls mit einer evakuierten Arbeitskammer in welcher eine Trommel als Träger für die zu behandelnden auf ihrer Mantelfläche angeordneten Substrabe sich drehend angeordnet ist, der eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahls zugeordnet ist. Diese Anlage kann insbesondere eine Ionenimplantationsanlage sein.

Ionenimpiantationsanlagen dienen bekanntlich dazu, in die Oberfläche von Substraten Ionen mehr oder weniger tief einzulagern, um bestimmte physikalische Eigenschaften dieser Substratoberfläche zu erzielen. Die Implantation erfolgt durch Beschüß der zu behandelnden Oberflächen im Vakuum mit einem Ionenstrahl, der mittels einer ionenstrahlkanone erzeugt wird. Dabei besteht die Aufgabe, die Ionen in ganz bestimmter Weise auf die Oberfläche zu verteilen; oft wird eine innerhalb von ±1% gleichmäßige Verteilung so auf der ganzen Fläche angestrebt

Der Stand der Technik, von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist in

1.) G. Ryding, »Ion Implantation: Higher Beam Currents for Higher Throughput«, Electronic Packaging and Production, Mäiζ 1975, Seiten 67 bis 74

2.) A. Wittkower, »Wafer Handling for Ion Implantation« Electronic Packaging and Production, Mai 1973, Seiten 95 bis 104

ausführlich beschrieben worden. In der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung wird die Kenntnis dieses Standes der Technik vorausgesetzt.

Demgemäß sind Ionenimpiantationsanlagen der eingangs genannten Art bereits bekannt, siehe insbesondere die Figuren 4 und 6 auf Seite 95 der Literaturstelle 2.

Ein häufiger Nachteil bekannter Anlagen ist, daß die

Substrate durch den Beschüß durch den Ionenstrahl zu stark erhitzt werden, was nachteilige Wirkungen nach sich zieht Es ist nämlich schwierig im Vakuum eine sichere Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung zu erreichen, insbesondere wegen des Problems eines gleichbleibenden guten thermischen Kontaktes zwischen den Substraten und der Unterlage. Erfahrungsgemäß ergeben Strahlintensitäten, die größer sind als etwa 1 μΑ pro cm², leicht Substrattemperaturen von über 10C⁰C Da andererseits das Bestreben dahingeht, hohe Strahlströme anzuwenden, um die Produtkionsgeschwindigkeit zu vergrößern, muß der Heizwirkung des Strahls größte Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Es ist bekannt, die Temperatur der Substrate niedrig zu halten, indem diese auf den wärmeabführenden Substratträger aufgekittet werden. Dies ist aber umständlich und bei Anlagen mit automatischer Beschickung kaum durchführbar. Eine andere Möglichkeit die Temperatur niedrig zu halten, liegt darin, die Strahlenergie auf eine größere Anzahl von Substraten zu verteilen, indem diese gleichzeitig behandelt werden. Dieses Verfahren erhöht jedoch die zur Behandlung einer Charge nötige Arbeitszeit

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt eine Anlage der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei der das Problem der Wärmeabfuhr gelöst werden kann, ohne daß umständliche zusätzliche Maßnahmen zur Sicherung eines guten Wärmekontaktes zwischen dem Substratträger und dem Substrat erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenseite der Mantelfläche der Trommel als Trägerfläche für die Substrate ausgebildet ist.

Durch die Anordnung der Substrate auf der Innenseite der beim Betrieb rotierenden Trommel wird erreicht daß die Substrate selbsttätig infolge der Fliehkraft an diese Innenwand angepreßt werden, und damit ein wesentlich besserer thermischer Kontakt erreicht wird, ohne daß besondere Maßnahmen wie Festigkeit oder dgl. notwenüig wa;en. Infolge der besseren Wärmeabführung genügt dann für die Verteilung der Strahlenenergie eine kleinere Anzahl von Substraten, d. h, es können auch Anlagen mit kleiner Chargengröße gebaut werden.

Ein weiterer Vorteil, den die Erfindung gegenüber bekannten Ionenimplantationsanlagen bietet, bei denen die Substrate auf der Außenseite einer drehbaren Trommel angeordnet sind, liegt in der Verkleinerung der Baulänge der Anlage und zwar wird diese um den Durchmesser der Trommel kürzer. Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Lösung leicht eine Vorrichtung zur Überwachung des Strahlprofils nahe der Auftreffstelle de.» Ionenstrahl angebracht werden, wodurch eine wesentlich bessere Kontrolle während des Betriebes ermöglicht wird. Diese beiden letztgenannten Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen ersichtlich. Die

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Arbeitskammer in der eine rotierende Trommel als Substratträger angeordnet ist; die

Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei rotierenden Trommeln in der gleichen Arbeitskammer.

In Fig. 1 ist schematisch eine Anlage mit einer evakuierbaren Kammer 1 dargestellt und darin angeordnet eine drehbare Trommel 2, auf deren Innenseite rundherum die Substrate 3 befestigt sind. Für die Befestigung genügen einfache, die Oberfläche nicht beschädigende Haltevorrichtungen, an die keine beson-

deren Anforderungen bezüglich Präzision gestellt werden müssen. Trotzdem wird ein guter Wärmekontakt während des Betriebes dadurch erzielt, daß die Substratplatten 3 infolge Fliehkraft fest an die Innenseite der Trägertrommel angepreßt werden. Es genügt daher, daß die beiden einander berührenden Flächenieiie des Substrates und die Innenseite der Trommel bezüglich ihrer geometrischen Form einander entsprechen, um einen zuverlässigen thermischen Kontakt sicherzustellen.

An die Arbeitskammer 1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung des Ionenstrahls angeschlossen. Diese kann beispielsweise aus einer Ionenquelle 4, einer Vorbeschleunigungsstrecke für den Ionenstrahl 5, einem nachfolgenden Trennmagneten 6, einer Nachbeschleunigungsstrecke 7 für die Ionen und einer Ablenkeinrichtung 8 für den Ionenstrahl bestehen. DerTrennmagr.et 6 hat dabei die Aufgabe, neutrale Teilchen aus dem Strahl abzutrennen und nur Ionen einer bestimmten Masse, die für den jeweiligen Implantationsvorgang nützlich sind, nach Art eines Massenspektrometer auszusondern. Die ausgesonderten ionen werden sodann in der Nachbeschleunigungsstrecke auf die erforderliche Energie gebracht und, von der Ablenkeinrichtung entsprechend gesteuert, auf die Substrate geschossen. Die Ablenkeinrichtung ermöglicht auch, den Strahl nach Wahl auf eine Kontrolleinrichtung 9 z. B. einen Leuchtschirm zur laufenden Überwachung des Strahlquerschnittes auftreffen zu lassen, so daß dieser während des Betriebes ohne Unterbruch des Produktionsvorgariges fortlaufend kontrolliert und optimal eingestellt werden kann.

Die F i g. 1 zeigt ferner schematisch die Antriebsachse 10 für die Trommel, die vakuumdicht durch die Wand der Arbeitskammer hindurchgeführt ist und von außen angetrieben wird, sowie eine Ein- und Ausschleusevorrichtung 11, die es ggf. ermöglicht, die Arbeitskammer mit Substraten zu beschicken bzw. diese wieder auszuschleusen, ohne das Vakuum unterbrechen zu müssen.

Das aus F i g. 2 ersichtliche Ausführungsbeispiel der Erfindung zeig, eine analoge Anordnung, jedoch mit zwei drehbaren Trommeln 20 und 21 als Substratträger in der Arbeitskammer. Auf diese Weise wird eine Anlage mit doppelter Produktionskapazität erhalten. Die in F i g. 2 gezeigte Arbeitskammer wird mittels des Flansches 22 mit einer lonenstrahlerzeugungseinrichtung verbunden, z. B. mit derselben, die iii F i g. 1 gezeigt ist. Mittels der Ablenkeinrichtung 8 (siehe Fig. 1) ist es beim Betrieb der Anlage der F i g. 2 dann möglich, den Ionenstrahl nach Wahl auf die Substrate in der einen oder in der anderen Trommel zu richten. Es kann also abwechselnd an den Substraten in der einen Trommel die Implantation durchgeführt werden, während die andere neu mit Substraten beschickt wird.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß die im Zusammenhang mit einem lonenimplantationsprozeß beschrieben Anlage gleichermaßen auch für andere

ίο Prozesse verwendbar ist, bei denen die Oberfläche von Substraten mit einem Ionenstrahl beschossen werden muß. Zum Beispiel kann sie verwendet werden, um Oberflächenschichten von den Substraten durch lonenbeschuß abzutragen oder unter anderen Betriebsbedingungen eine durch Ionen unterstützte Aufdampfung von Schichten zu bewerkstelligen.

Es ist auch möglich, die mit den Substraten zu belegende Innenseite der rotierenden Trommel geometrisch so auszubilden, daß sie besonderen Anforderun-

■>» gen in bezug auf die Form der Substrate genügt Zum Beispiel kann sie mit Vertiefungen ν-sehen sein, in welche Linsen eingelegt werden, die in einem Ionenbeschichtungsprozeß mit einer Schicht belegt werden sollen. Um zu erzielen, daß der Ionenstrahl

2i möglichst senkrecht auf die Substratoberfläche auftrifft, empfiehlt es sich, der Trommelinnenfläche unter Umständen eine konische Form zu geben mit einem öffnungswinkel des Konus derart, daß der Strahl unter dem gewünschten Winkel auftrifft. Für plattenförmige

in Substrate kann es zweckmäßig sein, die Innenfläche der Trommel wie die Mantelfläche eines vielseitigen Prismas auszugestalten, so daß auf je eine Prismenfläche eine zu beschichtende Platte dicht anliegt. Wie erwähnt, ist darauf zu achten, daß durch eine passende

r. Formgebung für einen hinreichenden flächenmäßigen Kontakt zwischen Substrat und Trommel gesorgt ist, so daß durch die Anpassung infolge Fliehkraft die nötige Wärmeabfuhr stattfinden kann.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, schließt die

■κι Trommelachse mit der Richtung des Ionenstrahl einen von 90° Grad abweichenden Winkel ein. Vorteilhafterweise gibt man der Innenfläche der Trommel eine konische Form derart, daß der Ionenstrahl auf die Substrate senkrecht auftrifft, ohne daß im Bereich der

J-. Trommelachse eine Ablenkeinrichtung für die Ausrichtung des Ionenstrahl erforderlich ist. Dieser Fall ist in den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 und 2 dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anlege zum Behandeln von Substraten mittels eines Jonenstrahls mit einer evakuierbaren Arbeitskammer, in welcher eine Trommel als Träger für die 2u behandelnden auf ihrer Mantelfläche angeordneten Substrate sich drehend angeordnet ist, der eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahls zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Mantelfläche der Trommel (2, 20, 21) als Trägerfläche für die Substrate (3) ausgebildet ist

2. Anlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommelachse (10) mit der Richtung des Ionenstrahls einen von 90° Grad abweichenden Winkel einschließt

3. Anlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Trommel (2, 20, 21) konisch ist, mit einer solchen Konizität, daß die Strahlrichtung auf der Innenfläche senkrecht steht

4. Anlage nach Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer mit zwei drehbaren Trommeln (20, 21) ausgerüstet und eine Ablenkeinrichtung für den Ionenstrahl für die wahlweise Beaufschlagung der in den beiden Trommeln befindlichen Substrate vorgesehen ist (F ig-2).