DE3725188A1

DE3725188A1 - Halbautomatischer substrathalter fuer waermeprozesse

Info

Publication number: DE3725188A1
Application number: DE19873725188
Authority: DE
Inventors: Guenter Elmar Dipl Ing Trausch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-07-29
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1989-02-09

Description

Die Erfindung betrifft einen Substrathalter mit optimaler Wärme ableitung, vorzugsweise zur Montage auf einem Drehteller, für das Trockenätzen, insbesondere für das Ionenstrahlätzen.

Beim Trockenätzen, insbesondere beim Ionenstrahlätzen, werden die Substrate in der Vakuumkammer auf Haltevorrichtungen bewegt. Diese Halter sind zu mehreren auf einem Drehteller montiert und drehen sich zusätzlich um die eigene Achse (Planetenbewegung). An die Halter werden folgende Anforderungen gestellt:

a) Gute Ableitung der vom Ionenstrahl in das Substrat einge brachten Wärme zum Kühlsystem des Drehtellers.
b) Einfaches, schnelles sowie sicheres Befestigen und Lösen der Substrate auf und von dem Halter.
c) Be- und Entladen des Halters ohne Verschmutzung der Sub strate.
d) Optimale Belegungsdichte der nutzbaren Fläche.

Für runde, steife Substrate (Dicke < 1 mm) werden Halter mit Überwurfringen verwendet. Für runde, flexible Substrate, zum Beispiel Si-Wafer von 0,5 mm Dicke, gibt es zum Teil bereits Halter ohne lose Teile mit Schnellverschluß in Form beweglicher Backen. Diese Haltevorrichtungen beschränken sich aber in ihrer Anwendung auf runde, flexible Substrate und sind im Hinblick auf die Wärmeableitung nicht optimal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Substrathalter der eingangs genannten Art zu konzipieren, der steife Substrate beliebiger Form aufnehmen kann. Außerdem soll er so gestaltet sein, daß er die unter a) bis d) genannten Anforderungen erfüllt. Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 ge löst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind die gute Ableitung der in das Substrat eingebrachten Wärme, das einfache, schnel le und sichere Befestigen des Substrats, das Be- und Entladen ohne Kontamination der Substrate und die optimale Belegung, die damit in der Ätzkammer erzielt werden kann.

Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in Schrägrißdarstellung einen Grundkörper eines Sub strathalters teilweise im Schnitt und

Fig. 2 einen Hebering.

Nach der Darstellung in den Figuren wird ein Substrat 1 auf einem Grundkörper 2 durch Haltefinger 3 gehalten, auf die Druck federn 4 einwirken. In dem in Pfeilrichtung drehbaren Hebering 5 sind Schrauben 6 vorgesehen, die Justierkugeln 7 in eine V-Nut 8 des Grundkörpers 2 schieben. Auf der Oberfläche des Heberinges sind geneigte Flächen 9 vorgesehen. Zwischen dem Hebering und den Haltefingern wird der Kontakt durch Kugeln 10 in den Fingern hergestellt. Eine Stellschraube 11 gleitet auf einer geneigten Fläche, die zu einem gehärteten Stahlkeil 12 gehört. Am Umfang des Heberinges sind Bohrungen 13 und am Umfang des Grundkörpers Aussparungen 14 vorgesehen. Ein Stahlzylinder 15 mit Gewinde zapfen 17 ist in den Grundkörper 2 eingeführt und wird durch einen Querstift 16 gehalten. 18 ist ein querliegendes, zylindri sches Unterteil am Haltefinger 3.

Der vorgeschlagene Halter ist für steife Substrate jeder Form geeignet. Eine typische Anwendung ist die Aufnahme von 4 mm dicken, runden Titancarbidscheiben, wie sie zur Herstellung von Dünnfilmmagnetköpfen verwendet werden.

Das Substrat 1 liegt zentrisch auf dem Grundkörper 2 des Hal ters. Dazwischen befindet sich eine dünne, aufgeklebte Gummi scheibe (nicht gezeichnet), die geringe Planitätsabweichungen der beiden Oberflächen ausgleichen kann, was für ausreichende Wärmeabfuhr unbedingt erforderlich ist. Der dazu notwendige Andruck erfolgt über vier (wahlweise drei) Haltefinger 3 (der vordere ist in der Zeichnung weggelassen), die durch Druckfe dern 4 konstante Kräfte ausüben. Zum Bewegen der Haltefinger 3 beim Be- und Entladen dient ein Hebering 5, der über den unte ren Teil des Grundkörpers geschoben wird. Durch Eindrehen von vier (wahlweise drei) Schrauben 6 werden dahinterliegende Ju stierkugeln 7 teilweise aus ihren Innensenkungen in die V-Nut 8 des Grundkörpers gedrückt. Die Kugeln fixieren einerseits den Ring in axialer Richtung gegen den Druck der Federn 4, anderer seits rollt er beim Verdrehen auf ihnen ab.

Beim Drehen des Ringes heben oder senken seine keilförmig ge neigten Flächen 9 die Haltefinger 3. Der Kontakt ist durch Fe derdruck über die Kugeln 10 in den Fingern hergestellt. Nach der Darstellung bedeutet Drehen im Uhrzeigersinn Anheben der Finger. Abgesenkt wird durch Gegendrehung, bis die Haltefinger mit ihrem übergreifenden Oberteil am Substrat aufsitzen und den Ring entlasten. Anschläge stoppen die Drehbewegung in beiden Richtungen (nicht gezeichnet).

Damit die Haltefinger das Substrat beim Be- und Entladen ganz freigeben, werden sie nicht nur angehoben, sondern gleichzeitig in ihrem oberen Teil nach außen weggekippt. Das bewirkt die Stellschraube 11, die durch ein von den Federn 4 auf die Halte finger ausgeübtes Drehmoment beim Vertikalhub der Finger auf einer geneigten Fläche gleitet. Um Abrieb zu vermeiden, gehört diese Fläche zu einem gehärteten Stahlkeil 12, der in eine Nut gelegt ist. Damit die Finger 3 gleichzeitig eine Hub- und eine Drehbewegung ausführen können, haben sie ein querliegendes zy lindrisches Unterteil 18, das in einer Nut des Grundkörpers ge führt wird.

Das Verdrehen des Heberinges erfolgt mit einem in die regelmäßig am Umfang angeordneten Bohrungen 13 eingesteckten Stift.

Zum Greifen des Substrates mit der Pinzette sind im Grundkörper Aussparungen 14 angebracht.

Der Halter ist auf die gekühlte Fläche des Drehtellers ge schraubt. Dazu hat er einen axialen Stahlzylinder 15 mit Ge windezapfen 17. Der Zylinder wird durch einen Querstift 16 ge halten. Sowohl Zylinder als auch Querstift haben etwas Spiel, so daß sich die Kontaktflächen von Halter und Drehteller ohne Verspannung aneinanderlegen können.

Justierung: Verdrehen der Schrauben 6 bewirkt ein Anheben oder Senken des Heberinges 5; so können geringe Dickenschwankungen des Substrates ausgeglichen werden (ca. ± 0,5 mm). Für Substra te mit stark unterschiedlicher Dicke sind unterschiedliche Hal tefinger erforderlich. Die Stellschrauben 11 werden so weit herausgedreht, daß sie bei abgesenkten Haltefingern den Keil 12 nicht mehr ganz berühren. Das bewirkt, daß die Finger beim Anhe ben zunächst am Grundkörper 2 anliegen und damit senkrecht vom Substrat abheben, ohne auf ihm zu gleiten.

Die Vorteile des vorgeschlagenen Substrathalters werden analog der eingangs aufgelisteten Kriterien erläutert:

Wärmeableitung

Die durch den Ionenbeschuß in das Substrat gebrachten hohen Wärmemengen müssen über Wärmeleitung an den gekühlten Drehtel ler abgegeben werden. Die Ätzleistung ist in der Regel nur durch die Temperaturerhöhung des Substrates begrenzt.

Als Material für den Grundkörper des Substrates wird Al vorge schlagen, für Hebering, Haltefinger und Gewindezylinder Edel stahl. Cu hat zwar höhere Wärmeleitfähigkeit als Al, ist je doch schwerer und weicher. Es müßte in jedem Fall hart plattiert werden, was eine ab und zu erforderliche Oberflächenüberarbei tung erschwert.

Überwurfringe wie auch die Backen der Si-Waferhalter haben den Nachteil, daß sie, durch ihre großen exponierten Flächen, hohe Wärmemengen aufnehmen und sie in erster Linie über das Substrat ableiten, weil die punkt- oder linienförmigen Kontaktflächen zum Halter zu klein sind. Haltefinger sind wegen ihrer geringe ren Oberfläche und des besseren Kontaktes zum gekühlten Grund körper günstiger.

Für gleichbleibende und gute Substratkühlung ist eine konstante und ausreichende Anpreßkraft auf das Substrat notwendig. Diese ist bei Überwurfringen ohne Spiralfedern, wo man durch den Grad der Verdrehung mehr oder weniger spannt und das elastische Glied eine Spange ist, nicht gegeben. Beim vorgeschlagenen Hal ter ist die Kraft vom Operator unabhängig und durch Wahl der Federn leicht zu optimieren.

Beim Lösen und Befestigen von Überwurfringen muß in der Regel der gesamte Halter vom Drehteller geschraubt werden. Durch Ab nutzung der weichen Zwischenbleche (In, Sn) und den Grad der Verdrehung (das heißt Anpressung) ändert sich hier der Wärme leitwiderstand ständig. Der vorgeschlagene Halter wird auf dem Drehteller be- und entladen.

b) Be- und Entladen

Es erfolgt ohne Lösen des Halters vom Drehteller, also schnell. Die gespreizten Finger zentrieren beim Schließen das Substrat selbst. Die Anpressung des Substrats ist konstant. Eine Ver letzungsgefahr der Substratoberflächen durch lose Teile, wie dem Überwurfring, besteht nicht.

c) Kontamination

Bei Haltern mit Überwurfring muß sowohl zum Lösen und Befesti gen des Ringes als auch des Halters selbst über das Substrat gegriffen werden, wodurch Partikel auf die Oberfläche gelangen können, zumal wenn Schlupf und damit Abrieb am Handschuh ent steht. Eine starke Kontaminationsquelle sind die angesputterten losen Schichten im unteren Teil des Halters, der beim Verdrehen des Überwurfringes gehalten werden muß. Beim vorgeschlagenen Substrathalter wird weder über das Substrat gegriffen, noch der Handschuh mit Sputterschichten vom Halter kontaminiert.

d) Flächennutzung

Wegen der unterschiedlichen Ionenstromdichte auf dem Drehteller können die Substrathalter zumeist nur ringförmig um seinen Mit telpunkt angeordnet werden. Zur optimalen Flächennutzung müssen die Substrat möglichst nahe beisammen sein, der Haltemechanis mus darf lateral nur geringen Raum beanspruchen. Beim vorgeschla genen Halter ist das realisiert, indem man benachbarte Halter so setzt, daß die Haltefinger des einen bei der synchronen Dreh bewegung zwischen die des anderen zu liegen kommen.

Claims

1. Substrathalter, vorzugsweise zur Montage auf einem Drehtel ler, mit optimaler Wärmeableitung für das Trockenätzen, insbe sondere für das Ionenstrahlätzen, dadurch gekenn zeichnet, daß ein viereckiger oder zylindrischer Grund körper (2) mit Gewindezapfen (17) vorgesehen ist, daß ferner auf der Deckfläche des Grundkörpers das Substrat (1) zentrisch mit wenigstens drei Halterfingern (3) gehalten wird, die zum Be- und Entladen über einen, mit keilförmig geneigten Flächen ausgestat teten und in beiden Richtungen drehbaren Hebering bewegbar sind, der über den unteren Teil des Grundkörpers geschoben ist.

2. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß auf der Halteroberfläche eine Gummischeibe fest angebracht ist.

3. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß im Hebering (5) Schrauben (6) radial angeordnet sind, die beim Eindrehen dahinterliegende Justierkugeln (7) aus ihren Innensenkungen in eine V-Nut (8) des Grundkörpers drücken.

4. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kontakt zwischen den Halte fingern (3) und dem Hebering (5) durch Federdruck über Kugeln (10) in den Fingern hergestellt ist.

5. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß Anschläge vorgesehen sind, die die Drehbewegung des Heberinges in beiden Richtungen stoppen.

6. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Anzahl der Haltefinger (3) Stellschrauben (11) vorgesehen sind, die durch ein von den Federn (4) auf die Haltefinger ausgeübtes Drehmoment beim Ver tikalhub der Finger auf einer geneigten Fläche gleiten.

7. Substrathalter nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet daß die geneigte Fläche zu einem gehärteten Stahlkeil (12) gehört, der in eine Nut gelegt ist.

8. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Haltefinger (3) ein quer liegendes, zylindrisches Unterteil (18) aufweisen.

9. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß am Umfang des Heberinges (5) Bohrungen (13) angeordnet sind, die das Verdrehen des Heberin ges mittels eines eingesteckten Stiftes ermöglichen.

10. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß im Grundkörper (2) Aussparun gen (14) zum Greifen des Substrates angebracht sind.

11. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Haltefinger (3) austausch bar sind, um verschieden dicke Substrate halten zu können.

12. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß Substrate unterschiedlicher Dicke durch radiales Verschieben der Justierkugeln (7) in der V-Nut (8) gehalten werden.

13. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß sich der Gewindezapfen (17) an einem Stahlzylinder (15) befindet, der in den Grundkörper (2) eingeführt und arretiert ist, um den Halter ohne Verspannung auf dem Drehteller zu befestigen.