DE2755852A1

DE2755852A1 - Anlage zum behandeln von substraten mittels eines ionenstrahls

Info

Publication number: DE2755852A1
Application number: DE19772755852
Authority: DE
Inventors: Martin Maerk
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1978-06-29
Also published as: NL173218C; GB1592589A; NL173218B; CH607836A5; FR2375716B1; US4155011A; FR2375716A1; DE2755852C2; NL7700799A

Description

3ALZERS HOCHVAKUUM r,mbH
Siemer.sstrasse ^Ί 1

D - 6200 Wiesbaden-Nordens tadt Z

Anlage zum Behandeln von Substraten mittels eines Ionenstrahls

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Behandeln von Substraten mittels eines Ionenstrahls, insbesondere eine Ionenimplantationsanlage.

Ionenimplantationsanlagen 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 Beschuss der zu behandelnden Oberflächen im Vakuum mit einem Ionenstrahl, der mittels einer Ionenstrahlkanone erzeugt wird. Dabei besteht dte Aufgabe, die Ionen in ganz bestimmter Weise auf die Oberfläche zu verteilen; oft wird eine innerhalb von +/- 1 % gleichmässige Verteilung auf der ganzen Fläche angestrebt.

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

1.) G. Ryding, "lon Implantation: Higher Beam Currents for Higher Throughput", Electronic Packaging and Production, März 1975, Seiten 67 bis 74

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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 Ionenimplantationsanlagen bereits bekannt, die eine Arbeitskammer aufweisen, in welcher eine Trommel als Träger für die zu behandelnden Substrate drehbar angeordnet ist, der eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Strahls der zu implantierenden Ionen zugeordnet 1st; siehe insbesondere die Figuren 4 und 6 auf Seite 95 der Literaturstelle 2.

Ein häufiger Nachteil bekannter Anlagen ist, dass die Substrate durch den* Beschuss 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 grosser sind als etwa 1 uA pro cm , leicht Substrattemperatüren von Über 100° C. Da andererseits das Bestreben dahingeht, hohestrahlströme anzu-

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wenden, um die Produktionsgeschwindigkeit 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 wärmeabfUhrenden Substratträger aufgekittet werden. Dies 1st 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 Ionenimplantationsanlage 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 erfindungsgemässe Anlage zum Behandeln von Substraten mittels eines Ionenstrahls mit einer Arbeitskammer, in welcher eine Trommel als Träger für die zu behandelnden Substrate drehbar angeordnet ist, der eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahls zugeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Mantelfläche der Trommel als Trägerfläche für die Substrate ausgebildet ist.

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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 Pestkitten oder dgl. notwendig wären. Infolge der besseren Wärmeabführung genügt dann für die Verteilung der Strahlenergie 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 Ueberwachung des Strahlprofils nahe der Auftreffstelle des Ionenstrahls 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 Figur 1 zeigt ein AusfUhrungsbeispiel mit einer Arbeitskammer, in der eine rotierende Trommel als Substratträger angeordnet 1st;

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die Figur 2 zeigt ein AusfUhrungsbeispiel mit zwei rotierenden Trommeln in der gleichen Arbeitskammer.

In Figur 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 besonderen 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 Flächenteile 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. Der Trennmagnet 6 hat dabei die Aufgabe, neutrale Teilchen aus dem Strahl abzutrennen und nur Ionen einer bestimmten Masse, die für den jeweiligen Implantationsvorgang nützlich sind,

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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 Ueberwachung des Strahlquerschnittes auftreffen zu lassen, so dass dieser während des Betriebes ohne Unterbruch des Produktionsvorganges fortlaufend kontrolliert und optimal eingestellt werden kann.

Die Figur 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 Ausschleusvorrichtung 11, die es ggf. ermöglicht, die Arbeitskammer mit Substraten zu beschicken bzw. diese wieder auszuschleusen, ohne das Vakuum unterbrechen zu müssen.

Das aus Figur 2 ersichtliche AusfUhrungsbeispiel der Erfindung zeigt eine analoge Anordnung, jedoch mit zwei drehbaren Trommeln und 21 als Subs trat träger in der Arbeitskammer. Auf diese Weise wird eine Anlage mit doppelter Produktionskapazität erhalten. Die in Figur 2 gezeigte Arbeitskammer wird mittels des Flansches mit einer Ionenstränierzeugungeinricntung verbunden, z.B. mit

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derselben, die in Figur 1 gezeigt ist. Mittels der Ablenkeinrichtung 8 (s. Figur 1) ist es beim Betrieb der Anlage der Figur 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 Ionenimplantationsprozess beschriebene Anlage gleichermassen auch für andere Prozesse verwendbar ist, bei denen die Oberfläche von Substraten mit einem Ionenstrahl beschossen werden muss. Z.B. kann sie verwendet werden, um Oberflächenschichten von den Substraten durch Ionenbeschuss 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 Anforderungen in Bezug auf die Form der Substrate genügt. Z.B. kann sie mit Vertiefungen versehen sein, in welche Linsen eingelegt werden, die in einem Ionenbeschichtungsprozess mit einer Schicht belegt werden sollen. Um zu erzielen, dass der Ionenstrahl

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möglichst senkrecht auf die Substratoberfläche auftrifft, empfiehlt es sich, der Trommelinnenfläche unter Umständen eine konische Form zu geben mit einem Oeffnungswinkel des Konus derart, dass der Strahl unter dem gewünschten Winkel auftrifft. F^1-Jr plattenförmige Substrate kann es zweckmässig sein, die Innenfläche der Trommel^wie die Mantelfläche eines vielseitigen Prismas auszugestalten, so dass auf je eine Prismenflache eine zu beschichtende Platte dicht anliegt. Wie erwähnt, ist darauf zu achten, dass durch eine passende Formgebung für einen hinreichenden flächenmässigen Kontakt zwischen Substrat und Trommel gesorgt ist, so dass durch die Anpressung infolge Fliehkraft die nötige Wärmeabfuhr stattfinden kann.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, schliesst die Trommelachse mit der Richtung des Ionenstrahls 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 Trommelachse eine Ablenkeinrichtung für die Ausrichtung des Ionenstrahls erforderlich ist. Dieser Fall ist in den Ausführungsbeispielen der Figur 1 und 2 dargestellt.

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Claims

PATENTANSPR UE CHE

l)JAnlage zum Behandeln von Substraten mittels eines Ionenstrahls mit einer evakuierbaren Arbeitskammer, in welcher eine Trommel als Träger für die behandelnden Substrate drehbar angeordnet ist, der eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahls zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Mantelfläche der Trommel als Trägerfläche für die Substrate ausgebildet ist.
2) Anlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommelachse mit der Richtung des Ionenstrahls einen von 90° Grad abweichenden Winkel ein -schliesst.
3) Anlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche der Trommel konisch ist,

auf

mit einer solchen Konizität, dass die Strahlrichtung der*Innenfläche senkrecht steht.
4) Anlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeltskammer mit zwei drehbaren Trommeln ausgerüstet und eine Ablenkeinrichtung für den Ionenstrahl für die wahlweise Beaufschlagung der in den beiden Trommeln befindlichen Substrate vorgesehen ist.

PR 7664

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ORIGINAL INSPECTEO