DE2933172A1

DE2933172A1 - Fluessigphasenepitaxie-beschichtung von substratscheiben

Info

Publication number: DE2933172A1
Application number: DE19792933172
Authority: DE
Inventors: John Edward Davies; Guido Galli
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1978-08-28
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1980-03-13
Also published as: JPS5533087A; AU4871879A; IT1163695B; IT7925048A0; GB2028679A; CA1118666A; AU524571B2; FR2435124A1; GB2028679B; US4190683A; FR2435124B1

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

bu/eb

Flüssigphasenepitaxie-Beschichtung von Substratscheiben

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Magnetblasen-Substratscheiben weisen üblicherweise einen magnetischen Granatfilm, bestehend z. B. aus einem Eu-Y-Ga-Fe-Granat auf einem nicht-magnetischen Granatsubstrat, bestehend z.B. aus Gd₃Ga₅O₁₂ (GGG), auf. Derartige Granatfilme werden in bekannter Weise mittels eines Flüssigphasenepitaxie-Verfahrens auf das betreffende Substrat aufgebracht. Hierzu sind die Substratscheiben während des Film-Aufwachsvorgangs unter Horizontallagerung in einer Schmelze eingetaucht. Beim Abschluß des Film-Aufwachsvorgangs werden die Substratscheiben unter Beibehaltung ihrer Horizontallage aus dem Schmelzenbereich entfernt. Immer noch in Horizontallage wird dann abschließend die jewei- j lige Substratscheibe in Drehung versetzt, um Schmelzenrückstände abzuschleudern.

Bei einem anderen, im "IBM Technical Disclosure Bulletin" Band 6, Nr. 9, Februar 1975 auf Seite 3049 beschriebenen Flüssigphasenepitaxie-Verfahren erfolgt zwar auch das Aufwachsen eines Granatfilms auf eine Einzelsubstratscheibe unter Horizontallagerung in einer Schmelze, jedoch wird hier nach Abschluß des Aufwachs-Vorgangs der Flüssigphasenepitaxie-Ofen zusammen mit der Eintauchvorrichtung um 5° gegenüber der Vertikalachse geneigt, so daß die jeweilige Substratscheibe gegenüber der Schmelzenoberflächen ebenfalls um 5° geneigt ist Anschließend wird dann die betreffende Substratscheibe aus dem i

Schmelzenbereich entfernt und unter Beibehaltung des Neigungs-

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Winkels von 5° in Drehung versetzt.

Die beiden oben beschriebenen Verfahren lassen nur einen geringen Ausstoß zu, da jeweils nur ein Einzelfilm auf einer Einzelsubstratscheibe aufgebracht werden kann. TIm den Ausstoß beschichteter Substratscheiben zu erhöhen, sind Anstalten verschiedenster Art getroffen worden, um in geeigneter Weise das Filmaufwachsen auf mehrere Substratscheiben gleichzeitig, ζ. Β 5 oder 10 Substratscheiben, durchzuführen.

Eines der hierbei in Frage kommenden Verfahren besteht einfach in einer entsprechenden Ausweitung des oben beschriebenen Verfahrens; jedoch ist hierbei keine Verkippung vorgesehen. Im wesentlichen sind hierbei in einer Substratscheibenhalterung

ubstratscheiben horizontal übereinanderliegend angeordnet, und zwar so daß der Abstand zwischen den einzelnen Substratscheiben im wesentlichen der gleiche ist. Die Substratscheibenhalterung wird in die Schmelze eingetaucht, wobei die Horizontallage der Substratscheiben während des Film-Aufwachsens beibehalten bleibt. Die Entfernung aus dem Schmelzenbereich geschieht ebenfalls unter Beibehaltung der Horizontallage der

ubstratscheiben, die dann anschließend zur Beseitigung von Schmelzenrückständen immer noch in Horizontallage in Drehung versetzt werden. Die sich hierbei ergebenden magnetischen Filme besitzen, über die Gesamtsubstratscheibenoberfläehe gesehen, gleichförmige magnetische Eigenschaften, wie z. B. in Bezug auf das Zusammenbruchsfeld (H_Q) von Magnetblasen. Jedoch zeigen sich Oberflächenfehler mechanischer Art, bedingt durch Mesastrukturen. Zu einwandfreier Betriebsweise von Magnetblasen-Vorrichtungen ist es aber wünschenswert, daß so wenig wie möglich Oberflächenfehler auftreten, insbesondere mesafreie Substratscheiben zur Verfügung stehen. Mesastrukturen entsteinen dadurch, daß Schmelzentropfen nicht vollständig abgetragen !werden.

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Beim oben beschriebenen Mehrfach-Substratscheiben-Verfahren ist es zur Erhöhung des Ausstoßes auch üblich eine Rücken-zuRücken-Anordnung von Substratscheiben in der Halterung vorzusehen. In allen Fällen zeigt sich jedoch, daß der sich auf der untersten Substratscheibe ergebende magnetische Film jedes Substratscheibenpaars wesentlich mehr Oberflächenfehler aufweist als die jeweils oben liegende Substratscheibe.

Ein anderes Flussigphasenepitaxie-Verfahren, um Magnetfilme gleichzeitig auf mehrere Substratscheiben aufwachsen zu lassen, führt demgegenüber zu einer reduzierten Anzahl von Oberflächenfehlern in Gestalt von Mesastrukturen. Hierzu werden eine Anzahl von Substratscheiben ebenfalls in eine Substratscheibenhalterung eingegeben, so daß sie, ebenfalls übereinanderliegend, mit jeweils gleichem Abstand angebracht sind; jedoch sind die Substratscheiben um einen vorgegebenen Winkel, z. B. um 5°, gegenüber der Horizontalen, während des gesamten Aufwachsvorgangs geneigt. Das Aufwachsen des Filmes erfolgt also unter entsprechender Neigung der Substratscheiben. Auch die Entfernung aus dem Schmelzenbereich erfolgt unter Beibehaltung dieser Neigung, die anschließend bei Drehung der Substratscheiben zum Abschleudern der Schmelzenrückstände immer noch vorgesehen ist. Unter Anwenden eines derartigen Verfahrens ergibt sich zwar eine mesafreie Filmbeschichtung, jedoch leidet die Gleichförmigkeit der magnetischen Eigenschaften, insbesondere von H_Q, über die Gesamtsubstratscheibenoberfläche gesehen, indem nicht unbeachtliche Unterschiede von Flächenbereich zu Flächenbereich zu verzeichnen sind.

Auch bei Anwenden dieses Verfahrens lassen sich die Substratscheiben paarweise Rücken-zu-Rücken in die Halterung einbringen, um den Ausstoß zu erhöhen. Jedoch hat es sich auch hier gezeigt, daß der jeweils auf der unteren Substratscheibe jedes Substratscheibenpaars aufgebrachte Magnetfilm wesentlich mehr Oberflächenfehler aufweist als der Film auf der jeweiligen

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- 6 oberen Substratscheibe.

Bei dieser Sachlage besteht die Aufgabe der Erfindung darin, unter Anwenden eines verbesserten Flussigphasenepitaxie-Verfahrens bei gleichzeitiger Behandlung mehrerer Substratscheiben eine Magnetfilmbeschichtung zu erzielen, bei der sich gleichförmige magnetische Eigenschaften, über die jeweilige Gesamtsubstratoberfläche gesehen, ergeben, die zudem mesafrei bereitgestellt sein soll, indem während eines einzigen Verfahrenganges mehrere Substratscheiben zu behandeln sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Dank Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt die sich ergebende Magnetfilmbeschichtung gleichförmige magnetische Eigenschaften, wobei die Substratscheibenoberfläche zudem noch oberflächenfehlerfrei, insbesondere mesafrei, ist. Der Beschichtungsvorgang selbst erfolgt in Horizontallage der ubstratscheiben, wohingegen bei Entfernen der Substratscheiben aus dem Schmelzbereich eine entsprechende Kippung gegenüber dieser Horizontallage hervorgenommen wird, so daß die Schmelzenrückstände von den Substratscheiben abtropfen können. Anschließend werden die Substratscheiben wieder in Horizontallage zurückgebracht und zum Abschleudern der Schmelzentropfen von den Substratscheibenrändern in Drehung versetzt. Dadurch, daß die Substratscheiben zur Bearbeitung in größerer Anzahl in eine Substrathalterung übereinanderliegend eingebracht werden, läßt sich der Fertigungsausstoß auch entsprechend erhöhen. Zur Gewährleistung reibungslos und zuverlässig ablaufender Verfahrensgänge gemäß der Erfindung ist noch eine zweckmäßige Substratschexbenhalterung bereitgestellt, wie sie dem Patentanspruch 6 zu entnehmen ist.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des der Erfindung zugrundeliegenden Verfahrens lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Die Erfindung wird anschließend anhand einer Ausführungsbeispielsbeschreibung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaften Substratscheibenhalterung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Anordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren;

Die mit den Fign. 1 und 2 gezeigte Substratscheibenhalterung 10 besitzt an ihrem oberen Ende einen Halteschaft 12. An diesem Halteschaft 12 sind Haltestäbe 14 und 16 festangebracht. Weitere im Bereich des Halteschafts 12 miteinander vereinigte Haltestäbe 20 und 22 laufen in einen Führungsstab 18 aus, der in senkrechter Richtung in einer öse verschiebbar mit dem Halteschaft 12 verbunden ist. Eine größere Anzahl von Substratscheibenpaaren sind in der Substratscheibenhalterung 10 mit Hilfe von Klemmvorrichtungen 26 gelenkig angebracht, die ihrer-j seits mittels der Bügel 28 und 30 an den Haltestäben 14, 16, 2o!, 22 befestigt sind. Eine Bodenplatte 31 ist noch an den unteren j Enden der Haltestäbe 14 und 20 drehbar angebracht. j

Das erfindungsgemäße Verfahren soll mit Bezug auf Filmbeschichtung auf eine größere Anzahl von paarweise Rücken-zu-Rücken in der Substratscheibenhalterung 10 angebrachten Substrat-

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scheiben 24, 25 beschrieben werden. Es versteht sich, daß natürlich auch Einzelsubstratscheiben sowie jeweils im gleichen Abstand zueinander angebrachte Substratscheiben mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt werden können.

Nach Einbringen der Substratscheibenpaare in die Substratscheibenhalterung 10 und Fixierung hierin wird die Substratscheibenhalterung in eine Schmelze des betreffenden magnetischen Granatmaterials eingetaucht, so daß alle Substratscheibenpaare unter dem Flüssigkeitsspiegel liegen. Dabei ist die Substratscheibenhalterung 10 so eingestellt, daß die Substratscheibenpaare horizontal zuliegen kommen.

Wie sich aus dem Ablaufdiagramm nach Fig. 3 ergibt, erfolgt im nächsten Verfahrensschritt das Aufwachsen eines Films auf die Substratscheiben, die, wie gesagt, horizontal gelagert sine Eine Horizontallagerung der Substratscheiben wird angestrebt, um Gleichförmigkeit der magnetischen Eigenschaften des aufgetragenen magnetischen Granatfilm sicherzustellen, was sich z. B. vorteilhaft auf die Magnetblasen-Zusammenbruchsfeldstärke H₀ über dem gesamten Substratoberflächenbereich auswirkt. Ist der magnetische Granatfilm bis zur gewünschten Dicke epitaxial aufgewachsen, dann wird durch entsprechende Betätigung des FührungsStabes 18 die Substratscheibenhalterung derart eingestellt, daß die Substratscheiben um einen Winkel zwischen 5 bis 90° gegenüber der Horizontallage geneigt werden. Die Substratscheiben werden dann unter Beibehaltung des eingestellten Neigungswinkels aus dem Schmelzenbereich entfernt, so daß die Schmelzenrückstände von den Substratscheibenoberflächen abtropfen können. Ein vorteilhafter Kippwinkel bei

ntfernung der Substratscheiben aus dem Schmelzenbereich liegt zwischen 10° bis 45° mit den besten Ergebnissen in einem Winkelbereich zwischen 20° bis 30°. Die Entnahmege-ί schwindigkeit der Substratscheiben aus dem Schmelzenbereich liegt zwischen etwa 0,1 bis 0,25 cm/s mit einem bevorzugten

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Geschwindigkeitsbereich zwischen 0,1 bis 0,125 cm/s. Dieser Verfahrensschritt erfolgt ziemlich rasch zwischen dem Zeitpunkt, bei dem die Substratscheiben aus dem Schmelzenbereich entfernt sind und dem Zeitpunkt, bei dem die Substratscheiben in eine Horizontallage zurückgestellt werden. Sobald die Substratscheiben in Horizontallage zurückgestellt sind, wird die Substratscheibenhalterung in Drehung versetzt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht die auf der Filmoberfläche verbliebenen Schmelzenrückstände in Form entsprechender Tropfen abschleudern zu können. Die Anzahl der Mesafehler auf dem auf der unteren Substratseheibe aufgewachsenen Magnetfilm ist ausreichend gering, wohingegen die Fehleranzahl auf dem aufgewachsenen Granatfilm der oberen Substratscheibe äußerst gering ist. Die Gleichförmigkeit der magnetischen Eigenschaften der aufgewachsenen Granatfilme, z. B. mit Bezug auf die Magnetblasen-Zusammenbruchsfeldstärke H_Q, ist gut. Die Streuung dieser Magnetfeldstärke H_Q über der Gesamtfilmoberfläche einer Substratscheibe mit etwa 5 cm Durchmesser zeigt sich als gering.

In einem ersten Beispiel sind 5 Substratscheiben übereinanderliegend in einer Substrathalterung mit einem jeweiligen Abstand zueinander von etwa 1 cm untergebracht worden. Die GGG-Substratscheiben mit einem Durchmesser von etwa 5 cm sind dann in Horizontallage in die Schmelzflüssigkeit eingetaucht worden, die aus einem Sm-Y-Lu-Fe-Ca-Ge-Granat, gelöst in einem PbO-B₂O₃-Schmelzfluß, bestanden hat. Die Substratscheiben sind für 2 Minuten in der Schmelze belassen worden. Dann ist der Führungsstab 18 der Substratscheibenhalterung 10 derart , betätigt worden, daß die Substratseheibe um einen Winkel von j 25° gegenüber der Horizontallage geneigt worden sind. In dieserj Kipplage sind die Substratscheiben aus der Schmelze gezogen j worden. Danach ist wiederum der Führungsstab 18 betätigt worden, um die Substratscheiben in die Horizontallage zurückzustellen. Anschließend sind dann die Substratscheiben mit einer

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eschwindigkeit von 400 Drehungen pro Minute für 0,5 Minuten in Drehung versetzt worden, um die verbliebenen Schmelzenrückstände abzuschleudern. Die Substratscheiben sind hiernach untersucht worden, um den Mittelwert der Anzahl von Chips mit Hesafehlern zu ermitteln. Ein Chip besteht dabei aus einem schmalen Bereich der Substratscheibe, z. B. 5 mm χ 5 mm, in welchem sich jeweils eine vollständige Magnetblasenschaltungs" anordnung unterbringen läßt. Es hat sich dabei gezeigt, daß für die obere Oberfläche einer Substratscheibe dieser Mittelwert der Chipanzahl mit Mesadefekten 0,7 beträgt, während für die untere Oberfläche eine Substratscheibe der Mittelwert 3,0 Chips mit Mesadefekten betragen hat. Die Streuung der Magnetblasenzusammenbruchsfeldstärke H_Q über dem Granatfilm hat 95 A/m ausgemacht.

Nachstehende Tabelle bringt den Vergleich zwischen der Güte von Granatfilmen, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und mit Hilfe bekannter Verfahren hergestellt worden sind.

Chips mit Mesadefekten

Methode

Stand d. - keine Technik Kippung

Stand d. - Kippung Technik um 5°

Erstes Beispiel

Obere
Oberfläche

1,4

0,8
0,7

Untere Oberfläche

8,4

7,1 3,0

Substratscheibengleichförmigkeit Streuung H_Q in ä|/m

190 95

ilm Rahmen der Erfindung liegende Abweichungen von oben beschriebenen Verfahren sind möglich. Eine derartige Abweichung

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- 11 soll das zweite Beispiel zeigen.

Zehn Substratscheiben sind paarweise Rücken-zu-Rücken in die Substratscheibenhaiterung eingebracht worden, so daß die fünf Substratscheibenpaare jeweils mit einem Abstand von etwa 1 cm angebracht gewesen sind. Dann ist das gleiche Verfahren, wie im ersten Beispiel beschrieben, angewendet worden. Die Gleichförmigkeit der Substratscheiben in Bezug auf die Magnetblasen-Zusammenbruchs feldstärke H₀ hat etwa 95 A/m sowohl für die nach oben weisenden als auch die nach unten weisenden Substratscheiben der einzelnen Substratscheibenpaare ausgemacht. Der Mittelwert der Chips mit Mesafehlern hat 0,7 für die nach oben gerichteten Pilmoberflachen gezeigt, während die nach unten weisenden Filmoberflächen einen Mittelwert von 3,0 Chips mit Mesafehlern aufgewiesen haben.

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Claims

PATENTAHSPRt)CHE

1. Verfahren zinn Beschichten von Substratscheiben mittels Flüssigphasenepitaxie-Verfahren unter Anwenden nachstehend aufgeführter Verfahrensschritte:

- Aufwachsenlassen je eines Films auf horizontal gelagerte Substratscheiben (24, 25),

- Entfernen der Substratscheiben (24, 25) aus dem Schmelzenbereich unter gleichzeitiger Neigung gegenüber der Horizontalen zum Abtropfenlassen von Schmelzenrückständen ,

- Abschleudern übriggebliebener Schmelztropfen von Substraträndern

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Substratscheiben (24, 25) in an sich bekannter Weise in größerer Anzahl in eine Substratscheibenhalterung (1C) in gleichen Abständen übereinanderliegend zum Eintauchen in Horizontallage in die Schmelze eingebracht werden,

- die Substratscheibenhalterung (10) aus dem Schmelzenbereich unter gleichzeitigem Neigen der Substratscheiben (24, 25) um einen Winkel zwischen 10 bis 45° entfernt

wird,

- die Substratscheiben (24, 25) wieder in Horizontallage zurückgebracht und

- anschließend in dieser Lage in Drehung versetzt werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratscheiben (24, 25) vorzugsweise um 20 bis 30 beim Entfernen aus dem Schmelzenbereich geneigt werden.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratscheiben (24, 25) vollständig in die Schmelzflüssigkeit eingetaucht werden und nach Film-Aufwachsen mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis 0,125 cm/s aus dem Schmelzenbereich gezogen werden.

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4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei in die Schmelzflüssigkeit eingetauchter Substratschei benhalterung (10) die Substratscheiben (24, 25) hierin um den betreffenden Neigungswinkel gekippt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratscheiben (24, 25) in die Substratscheibenhalterung (10) jeweils paarweise Rücken-zu-Rücken liegend eingebracht werden.

Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratscheibenhalterung (10) an einem Halteschaft (12) angeordnete, sich in dessen Richtung erstreckende Haltestäbe (14, 16, 20, 22) aufweist, zwischen denen die Substratscheiben (24, 25) übereinanderliegend gelenkig aufgehängt sind und daß zwei der Haltestäbe (20, 22) am Halteschaft (12) zu einem Führungsstab (18) vereinigt sind, der parallel verschieblich zum Halteschaft (12) in mindestens einer hieran angebrachten öse angeordnet ist, während die übrigen Haltestäbe (14, 16), die den am Führungsstab (18) befestigten Haltestäben (20, 22) gegenüberliegen am Halteschaft (12) fest angebracht sind.

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