DE102022126327A1 - ELECTRON BEAM SUBSTRATE HEATING FOR COATING, EVAPORATION OR MOLECULAR BEAM EPITAXY - Google Patents
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Abstract
Eine Vorrichtung umfasst eine Substrataufnahmeeinrichtung (5) für die Aufnahme eines zu beschichtenden Substrats (4), eine auf einer ersten Seite der Substrataufnahmeeinrichtung (5) angeordnete Elektronenstrahlquelle (1) für die Emission eines Elektronenstrahlbündels in Richtung auf die Substrataufnahmeeinrichtung (5), eine oder mehrere Verdampferquellen (8), welche auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Substrataufnahmeeinrichtung (5) angeordnet ist/sind.A device comprises a substrate receiving device (5) for receiving a substrate (4) to be coated, an electron beam source (1) arranged on a first side of the substrate receiving device (5) for emitting an electron beam bundle in the direction of the substrate receiving device (5), one or more evaporation sources (8) which are arranged on a second side of the substrate receiving device (5) opposite the first side.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Heizvorrichtung für die Beheizung eines zu beschichtenden Substrats, eine Vorrichtung und ein Verfahren für Beschichtung, Aufdampfung oder Molekularstrahlepitaxie, und eine Verwendung einer Elektronenstrahlquelle in einer Vorrichtung für Beschichtung, Aufdampfung oder Molekularstrahlepitaxie.The present disclosure relates to a heating device for heating a substrate to be coated, a device and a method for coating, vapor deposition or molecular beam epitaxy, and a use of an electron beam source in a device for coating, vapor deposition or molecular beam epitaxy.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die Heizelemente für die Beheizung von Substraten (e.g. Wafern) in Aufdampfanlagen, Beschichtungsanlagen oder Molekularstrahlepitaxie-(MBE-)Anlagen werden häufig mit herkömmlichen Heizern aus Wolfram, Niob, Molybdän, Tantal oder anderen Metalldrähten, oder aus SiC oder Graphit realisiert. Bei sehr hohen Temperaturen reagieren diese Metalldrahtheizer häufig mit korrosiven Gasen wie Sauerstoff oder Stickstoff in entsprechender Prozessumgebung. Insbesondere in Sauerstoffumgebung in der Beschichtungskammer ist die erreichbare Substrattemperatur begrenzt auf 900°C. Bei höheren Temperaturen kommt es zu Reaktionen oder zu Instabilität der Heizermaterialien.The heating elements for heating substrates (e.g. wafers) in vapor deposition systems, coating systems or molecular beam epitaxy (MBE) systems are often made with conventional heaters made of tungsten, niobium, molybdenum, tantalum or other metal wires, or of SiC or graphite. At very high temperatures, these metal wire heaters often react with corrosive gases such as oxygen or nitrogen in the corresponding process environment. In the oxygen environment in the coating chamber in particular, the achievable substrate temperature is limited to 900°C. At higher temperatures, reactions or instability of the heater materials occur.
Ein anderes Verfahren verwendet Licht bzw. Wärmestrahlung aus externen Quellen wie z.B. Lasern, um das Substrat aufzuheizen. Die Strahlung wird dabei z.B. durch Fenster oder Glasfasern in die Vakuumkammer geleitet und mit einer geeigneten Optik auf das Substrat gelenkt. In der Regel sind die genannten Optiken stationär aufgebaut, d.h. die Strahlverteilung kann nur mit erheblichem Aufwand verändert werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass Substrate wie Saphir, Strontiumtitanat und verwandte Substratmaterialien auf der Rückseite metallisiert werden müssen, um die optische Absorption zu erhöhen, damit sie durch Strahlungsheizung erhitzt werden können. Typische Metallschichten weisen jedoch häufig auch eine hohe Reflektivität auf, so dass der Wärmeeintrag auf das Substrat häufig ineffizient ist.Another method uses light or thermal radiation from external sources such as lasers to heat the substrate. The radiation is guided into the vacuum chamber through windows or glass fibers, for example, and directed onto the substrate using suitable optics. The optics mentioned are usually stationary, i.e. the beam distribution can only be changed with considerable effort. Another disadvantage is that substrates such as sapphire, strontium titanate and related substrate materials have to be metallized on the back to increase optical absorption so that they can be heated by radiant heating. However, typical metal layers often also have high reflectivity, so that the heat input to the substrate is often inefficient.
Aus diesen und anderen Gründen besteht ein Bedarf für die vorliegende Offenbarung.For these and other reasons, there is a need for the present disclosure.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung für die Beheizung eines zu beschichtenden Substrats, umfassend eine Substrataufnahmeeinrichtung für die Aufnahme eines Substrats, welches auf einer ersten vorderseitige Oberfläche zu beschichten ist, und eine Elektronenstrahlquelle für die Emission eines Elektronenstrahlbündels in Richtung auf eine zweite rückseitige Oberfläche des Substrats.A first aspect of the present disclosure relates to a heating device for heating a substrate to be coated, comprising a substrate receiving device for receiving a substrate to be coated on a first front surface, and an electron beam source for emitting an electron beam towards a second rear surface of the substrate.
Gemäß einer Ausführungsform der Heizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt ist die Substrataufnahmeeinrichtung als eine Substrataufnahmeplatte ausgelegt. Diese kann beispielsweise in einem zentralen Bereich eine Öffnung aufweisen, in der ein Substrat in geeigneter Weise befestigt werden kann.According to an embodiment of the heating device according to the first aspect, the substrate receiving device is designed as a substrate receiving plate. This can, for example, have an opening in a central region in which a substrate can be attached in a suitable manner.
Gemäß einer Ausführungsform der Heizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt ist die Substrataufnahmeeinrichtung drehbar um eine zentrale Achse. Die zentrale Achse kann beispielsweise eine Zylindersymmetrieachse sein, welche durch die Elektronenstrahlquelle und durch einen Mittelpunkt des Substrats bzw. der Öffnung verläuft. Die Drehbarkeit der Substrataufnahmeeinrichtung kann dazu beitragen, dass der Energieübertrag infolge der Absorption durch den Elektronenstrahl räumlich homogen auf das Substrat erfolgt und somit die Wärme in dem Substrat ebenso räumlich homogen erzeugt wird. Die Drehbarkeit dient vor Allem auch der Homogenisierung des vorderseitigen Beschichtungsprozesses.According to an embodiment of the heating device according to the first aspect, the substrate receiving device is rotatable about a central axis. The central axis can be, for example, a cylindrical axis of symmetry that runs through the electron beam source and through a center of the substrate or the opening. The rotatability of the substrate receiving device can contribute to the energy transfer to the substrate as a result of absorption by the electron beam being spatially homogeneous and thus the heat in the substrate being generated in a spatially homogeneous manner. The rotatability also serves above all to homogenize the front-side coating process.
Gemäß einer Ausführungsform der Heizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt ist die Elektronenstrahlquelle derart konfiguriert, dass das Elektronenstrahlbündel einen veränderbaren Öffnungswinkel aufweist und/oder in lateraler Richtung ablenkbar ist. Auch dies kann ggf. in Kombination mit der drehbaren Substrataufnahmeplatte der Erzielung einer homogenen Temperaturverteilung auf dem Substrat dienen. Abweichend davon kann dieses Merkmal jedoch auch dazu verwendet werden, um definierte, lokale Temperaturverteilungen oder -inhomogenitäten auf dem Substrat zu erzeugen.According to an embodiment of the heating device according to the first aspect, the electron beam source is configured such that the electron beam has a variable opening angle and/or can be deflected in a lateral direction. This can also serve, if necessary in combination with the rotatable substrate support plate, to achieve a homogeneous temperature distribution on the substrate. However, as an alternative, this feature can also be used to generate defined, local temperature distributions or inhomogeneities on the substrate.
Gemäß einer Ausführungsform der Heizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt umfassend diese ferner eine zusätzliche Heizung des Substrats. Diese zusätzliche Heizung kann beispielsweise durch einen Heizdraht oder eine Strahlungsheizung gegeben sein und kann insbesondere dafür sorgen, dass ein Temperaturabfall im Randbereich des Substrats infolge zu geringen Energieeintrags des Elektronenstrahlbündels kompensiert oder zumindest reduziert wird.According to an embodiment of the heating device according to the first aspect, it further comprises an additional heating of the substrate. This additional heating can be provided, for example, by a heating wire or a radiant heater and can in particular ensure that a temperature drop in the edge region of the substrate as a result of too little energy input from the electron beam is compensated or at least reduced.
Gemäß einer Ausführungsform der Heizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt weist diese einen Temperatursensor wie ein Pyrometer oder eine Wärmebildkamera für die Messung der Oberflächentemperatur des Substrats auf. Dieser kann ggf. mittels einer Feedbackregelung zur Prozesssteuerung eingesetzt werden.According to one embodiment of the heating device according to the first aspect, it has a temperature sensor such as a pyrometer or a thermal imaging camera for measuring the surface temperature of the substrate. This can optionally be used for process control by means of a feedback control.
Gemäß einer Ausführungsform der Heizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt wird diese als Modul hergestellt, welches selbständig handhabbar ist und an eine Vorrichtung zur Molekularstrahlepitaxie angebracht werden kann.According to an embodiment of the heating device according to the first aspect, it is manufactured as a module which is independently handleable and can be attached to a device for molecular beam epitaxy.
Gemäß einer Ausführungsform der Heizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt - von der vorstehend genannten Ausführungsform abweichend - sind die Elemente und Teile der Heizvorrichtung integrale Bestandteile einer Vorrichtung zur Molekularstrahlepitaxie entsprechend dem nachfolgend beschriebenen zweiten Aspekt.According to an embodiment of the heating device according to the first aspect - deviating from the above-mentioned embodiment - the elements and parts of the heating device are integral components of a device for molecular beam epitaxy according to the second aspect described below.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Vorrichtung umfassend eine Substrataufnahmeeinrichtung für die Aufnahme eines zu beschichtenden Substrats, eine auf einer ersten Seite der Substrataufnahmeeinrichtung angeordnete Elektronenstrahlquelle für die Emission eines Elektronenstrahlbündels in Richtung auf die Substrataufnahmeeinrichtung, und eine oder mehrere Verdampferquellen, welche auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Substrataufnahmeeinrichtung angeordnet ist/sind.A second aspect of the present disclosure relates to an apparatus comprising a substrate receiving device for receiving a substrate to be coated, an electron beam source arranged on a first side of the substrate receiving device for emitting an electron beam in the direction of the substrate receiving device, and one or more evaporation sources which are arranged on a second side of the substrate receiving device opposite the first side.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt umfasst diese ferner eine erste Kammer, in welcher die Substrataufnahmeeinrichtung angeordnet ist, und eine zweite Kammer, in welcher die Elektronenstrahlquelle angeordnet ist, und welche mit der ersten Kammer verbunden ist. In einer weiteren Ausführungsform davon umfasst die Vorrichtung ferner eine erste Vakuumpumpe, welche mit der ersten Kammer verbunden ist, eine zweite Vakuumpumpe, welche mit der zweiten Kammer verbunden ist, und ein Vakuumventil zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer.According to an embodiment of the device according to the second aspect, it further comprises a first chamber in which the substrate receiving device is arranged, and a second chamber in which the electron beam source is arranged and which is connected to the first chamber. In a further embodiment thereof, the device further comprises a first vacuum pump which is connected to the first chamber, a second vacuum pump which is connected to the second chamber, and a vacuum valve between the first chamber and the second chamber.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt umfasst diese ferner eine Abschirmung um einen Bereich des Elektronenstrahlbündels. Gemäß einer weiteren Ausführungsform davon umfasst diese Abschirmung eine Wasserkühlung. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform davon ist die Abschirmung an einer Innenwand der ersten Kammer angebracht, an welcher die Substrataufnahmeeinrichtung befestigbar ist.According to an embodiment of the device according to the second aspect, it further comprises a shield around a region of the electron beam. According to a further embodiment thereof, this shield comprises a water cooling system. According to yet another embodiment thereof, the shield is attached to an inner wall of the first chamber to which the substrate receiving device can be attached.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt ist diese für Beschichtung, Aufdampfung oder Molekularstrahlepitaxie konfiguriert.According to an embodiment of the device according to the second aspect, it is configured for coating, vapor deposition or molecular beam epitaxy.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem ein zu beschichtendes Substrat zwischen einer Elektronenstrahlquelle und einer oder mehreren Verdampferquellen angeordnet wird, und zwecks Erhitzung des Substrats ein Elektronenstrahlbündel auf die rückseitige Oberfläche des Substrats gerichtet wird.A third aspect of the present disclosure relates to a method in which a substrate to be coated is arranged between an electron beam source and one or more evaporation sources, and an electron beam is directed onto the back surface of the substrate in order to heat the substrate.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt wird ein Öffnungswinkel des Elektronenstrahlbündels gezielt eingestellt und/oder das Elektronenstrahlbündel in lateraler Richtung abgelenkt.According to an embodiment of the method according to the third aspect, an opening angle of the electron beam is specifically adjusted and/or the electron beam is deflected in a lateral direction.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt wird das Substrat um eine zentrale Achse gedreht.According to an embodiment of the method according to the third aspect, the substrate is rotated about a central axis.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt ist dieses für Beschichtung, Aufdampfung oder Molekularstrahlepitaxie konfiguriert.According to an embodiment of the method according to the third aspect, it is configured for coating, vapor deposition or molecular beam epitaxy.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Verwendung einer Elektronenstrahlquelle in einer Vorrichtung für Beschichtung, Aufdampfung oder Molekularstrahlepitaxie, bei welcher Verwendung zwecks Erhitzung eines zu beschichtenden Substrats ein Elektronenstrahlbündel von der Elektronenstrahlquelle emittiert und auf die rückseitige Oberfläche des Substrats gerichtet wird.A fourth aspect of the present disclosure relates to a use of an electron beam source in an apparatus for coating, vapor deposition or molecular beam epitaxy, in which use an electron beam is emitted from the electron beam source and directed onto the back surface of the substrate for heating a substrate to be coated.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der Ausführungsformen und sind Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen illustrieren Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Ausführungsformen zu erklären. Andere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile der Ausführungsformen werden leicht zu schätzen wissen, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden.The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the embodiments and are incorporated in and constitute a part of this specification. The drawings illustrate embodiments and together with the description serve to explain the principles of the embodiments. Other embodiments and many of the intended advantages of the embodiments will be readily appreciated as they become better understood by reference to the following detailed description.
Die Elemente in der Zeichnung sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung für Molekularstrahlepitaxie mit einer Elektronenstrahlquelle für die Beheizung des zu beschichtenden Substrats.
-
1 shows a longitudinal section through an embodiment of a device for molecular beam epitaxy with an electron beam source for heating the substrate to be coated.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, die einen Teil dieses Dokuments bilden und in denen zur Veranschaulichung bestimmte Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die Offenbarung praktiziert werden kann. In diesem Zusammenhang werden richtungsbezogene Begriffe wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“ usw. mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da die Komponenten der Ausführungsformen in einer Reihe von verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, dient die richtungsbezogene Terminologie der Veranschaulichung und ist in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass dies den Rahmen der vorliegenden Offenbarung sprengen würde. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, und der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part of this document, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the disclosure may be practiced. In this context, directional terms such as "above", "bottom", "front", "back", etc., is used with reference to the orientation of the figure(s) being described. Since the components of the embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terminology used is for the purpose of illustration and is not limiting. It should be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present disclosure. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present disclosure is defined by the appended claims.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.It is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with one another unless expressly stated otherwise.
Die in dieser Beschreibung verwendeten Begriffe „verbunden“, „angebracht“, „gekoppelt“ und/oder „elektrisch verbunden/elektrisch gekoppelt“ bedeuten nicht, dass die Elemente oder Schichten direkt miteinander in Kontakt stehen müssen; zwischen den „verbundenen“, „angebrachten“, „gekoppelten“ und/oder „elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten“ Elementen können Zwischenelemente oder -schichten vorgesehen sein. Gemäß der Offenbarung können die oben genannten Begriffe jedoch auch die besondere Bedeutung haben, dass die Elemente oder Schichten direkt miteinander in Kontakt stehen, d. h. dass zwischen den „verbundenen“, „angebrachten“, „gekoppelten“ und/oder „elektrisch verbundenen/elektrisch gekoppelten“ Elementen keine Zwischenelemente oder -schichten vorgesehen sind.The terms "connected", "attached", "coupled" and/or "electrically connected/coupled" used in this description do not mean that the elements or layers must be in direct contact with each other; intermediate elements or layers may be provided between the "connected", "attached", "coupled" and/or "electrically connected/coupled" elements. However, according to the disclosure, the above terms may also have the specific meaning that the elements or layers are in direct contact with each other, i.e. that no intermediate elements or layers are provided between the "connected", "attached", "coupled" and/or "electrically connected/coupled" elements.
Ferner kann das Wort „über“, das in Bezug auf ein Teil, ein Element oder eine Materialschicht verwendet wird, das/die „über“ einer Oberfläche geformt oder angeordnet ist, hier verwendet werden, um zu bedeuten, dass das Teil, das Element oder die Materialschicht „indirekt auf“ der angedeuteten Oberfläche angeordnet (z. B. platziert, geformt, abgelagert usw.) ist, wobei ein oder mehrere zusätzliche Teile, Elemente oder Schichten zwischen der angedeuteten Oberfläche und dem Teil, dem Element oder der Materialschicht angeordnet sind. Das Wort „über“, das in Bezug auf ein Teil, ein Element oder eine Materialschicht verwendet wird, das/die „über“ einer Oberfläche geformt oder angeordnet ist, kann jedoch wahlweise auch die spezifische Bedeutung haben, dass das Teil, das Element oder die Materialschicht „direkt“, d. h. in direktem Kontakt mit der implizierten Oberfläche angeordnet (z. B. platziert, geformt, abgeschieden usw.) wird.Furthermore, the word "over" used in reference to a part, element, or layer of material that is formed or disposed "over" a surface may be used herein to mean that the part, element, or layer of material is disposed "indirectly upon" the implied surface (e.g., placed, formed, deposited, etc.), with one or more additional parts, elements, or layers disposed between the implied surface and the part, element, or layer of material. However, the word "over" used in reference to a part, element, or layer of material that is formed or disposed "over" a surface may optionally also have the specific meaning that the part, element, or layer of material is disposed "directly," i.e., in direct contact with the implied surface (e.g., placed, formed, deposited, etc.).
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die in der
Die Substrataufnahmeplatte 5 ist an einer ringförmigen Abschirmung 6 befestigt, die ihrerseits mit ihrem oberen Ende an einer oberen horizontalen Innenwand der ersten Kammer 100 angebracht ist. Die Substrataufnahmeplatte weist eine zentrale Öffnung auf, an der ein Substrat 4 befestigt werden kann. Das Substrat 4 kann als Substratplatte geformt sein und kann beispielsweise ein Wafer aus Si, anderen Halbleitermaterialien wie GaAs, GaN, AlN etc., oder auch aus Materialien wie Saphir (Al2O3, Strontiumtitanat (SrTi03), Magnesiumoxid und anderen hochschmelzenden Oxiden sein. Das Substrat 4 kann auf der Rückseite metallisiert sein. Die vorderseitige Oberfläche des Substrats 4 ist Verdampferquellen 8 zugewandt, die innerhalb der ersten Kammer 100 unterhalb der Substrataufnahmefläche angeordnet sind, und die rückseitige Oberfläche des Substrats 4 ist der oberen Öffnung der ersten Kammer 100 und somit der zweiten Kammer 200 und der Elektronenstrahlquelle 1 zugewandt. Es können mehrere Verdampferquellen 8 radial angeordnet sein, so dass das Substrat 4 von unten mit unterschiedlichen Materialien beschichtet werden kann.The substrate receiving plate 5 is attached to an
Die Substrataufnahmeplatte 5 ist an einem unteren horizontalen Ende der ringförmigen Abschirmung 6 befestigt. Die Abschirmung 6 ist vorzugsweise aus einem Metall gefertigt. Da die Bestrahlung des Substrats 4 durch das Elektronenstrahlbündel auch zu einer starken Erwärmung der Substrataufnahmeplatte 5 führt, kann es sich als wünschenswert oder gar notwendig erweisen, die Abschirmung 6 als Hohlraum auszubilden und mit einer Wasserkühlung zu versehen, die an einen externen Kreislauf angeschlossen ist.The substrate receiving plate 5 is attached to a lower horizontal end of the
Die Abschirmung 6 weist an ihrem unteren Ende einen horizontalen innenseitigen ringförmigen Kragen auf, der eine innere Öffnung für den Durchtritt des Elektronenstrahlbündels zu dem Substrat bildet. Zwischen einer unteren Oberfläche dieses Kragens und der Substrataufnahmeplatte 5 kann eine zusätzliche Heizung 11 in Form eines oder mehrerer Heizdrähte befestigt sein. Diese Heizung 11 kann einerseits als zusätzliche Heizung zu der Elektronenstrahlheizung, andererseits aber auch beispielsweise dazu verwendet werden, um insbesondere bei niedrigen Temperaturen das Substrat vorzuheizen. Sie kann aber auch in Fällen zum Einsatz kommen, in denen hohe Substrattemperaturen nicht benötigt werden und somit auf die Elektronenstrahlheizung verzichtet werden kann.The
Die Substrataufnahmeplatte 5 kann insbesondere drehbar um eine zentrale Achse gelagert sein, wie durch das mit einem Pfeil versehene Oval unterhalb der Substrataufnahmeplatte 5 angedeutet ist. Die zentrale Achse kann beispielsweise eine Zylindersymmetrieachse sein, welche durch die Elektronenstrahlquelle 1 und durch einen Mittelpunkt des Substrats 4 bzw. der in der Substrataufnahmeplatte 5 vorhandenen Öffnung verläuft. Die Drehbarkeit der Substrataufnahmeplatte 5 kann dazu beitragen, dass der Energieübertrag infolge der Absorption durch den Elektronenstrahl räumlich homogen auf das Substrat 4 erfolgt und somit die Wärme in dem Substrat 4 ebenso räumlich homogen erzeugt wird. Die Drehbarkeit dient vor Allem auch der Homogenisierung des vorderseitigen Beschichtungsprozesses.The substrate receiving plate 5 can in particular be mounted so as to be rotatable about a central axis, as indicated by the oval with an arrow below the substrate receiving plate 5. The central axis can, for example, be a cylindrical axis of symmetry which runs through the electron beam source 1 and through a center point of the substrate 4 or the opening in the substrate receiving plate 5. The rotatability of the substrate receiving plate 5 can contribute to the energy transfer as a result of the absorption by the electron beam taking place in a spatially homogeneous manner to the substrate 4 and thus the heat in the substrate 4 is also generated in a spatially homogeneous manner. The rotatability also serves above all to homogenize the front-side coating process.
Die Elektronenstrahlquelle 1 ist derart konfiguriert, dass das Elektronenstrahlbündel einen veränderbaren Öffnungswinkel aufweist und/oder in lateraler Richtung ablenkbar ist. Auch dies kann ggf. in Kombination mit der drehbaren Substrataufnahmeplatte 5 der Erzielung einer homogenen Temperaturverteilung auf dem Substrat 4 dienen. Abweichend davon kann dieses Merkmal jedoch auch dazu verwendet werden, um definierte, lokale Temperaturverteilungen oder -inhomogenitäten auf dem Substrat 4 zu erzeugen.The electron beam source 1 is configured such that the electron beam has a variable opening angle and/or can be deflected in a lateral direction. This can also be used, if necessary in combination with the rotatable substrate support plate 5, to achieve a homogeneous temperature distribution on the substrate 4. However, this feature can also be used to generate defined, local temperature distributions or inhomogeneities on the substrate 4.
Bei einem Verfahren gemäß dem dritten Aspekt wird ein zu beschichtendes Substrat zwischen einer Elektronenstrahlquelle und einer oder mehreren Verdampferquellen angeordnet und zwecks Erhitzung des Substrats wird ein Elektronenstrahlbündel auf die rückseitige Oberfläche des Substrats gerichtet.In a method according to the third aspect, a substrate to be coated is arranged between an electron beam source and one or more evaporation sources and an electron beam is directed onto the rear surface of the substrate in order to heat the substrate.
Für die Durchführung des Verfahrens kann die in der
Das Verfahren kann durchgeführt werden, indem ein Öffnungswinkel des Elektronenstrahlbündels gezielt eingestellt wird und/oder das Elektronenstrahlbündel in lateraler Richtung abgelenkt wird, so dass Elektronenstrahlbündel über das Substrat gerastert wird. Gleichzeitig oder unabhängig davon kann das Substrat um eine zentrale Achse gedreht werden.The method can be carried out by specifically adjusting an opening angle of the electron beam and/or deflecting the electron beam in a lateral direction so that the electron beam is scanned over the substrate. At the same time or independently, the substrate can be rotated about a central axis.
Das Substrat wird solchermaßen mit einem mehr oder weniger fokussierten Elektronenstrahl von der Rückseite bestrahlt und somit aufgeheizt. Durch die Art der Energiequelle (Partikelstrahlung) ist der Energietransfer zum Substrat sehr effizient. Um homogene Temperaturverteilung auf dem Substrat zu erreichen, kann der Elektronenstrahl entweder definiert aufgeweitet oder auch auf dem Substrat mittels schneller Strahlablenkung gerastert werden. Dabei können auf dem Substrat sehr hohe Temperaturen im Vakuum aber auch in reaktiver z.B. Sauerstoff- und/oder Ozon-Umgebung erreicht werden. Eine vorher durchgeführte Metallisierung der Substratrückseite ist dabei hilfreich, aber nicht unbedingt nötig.The substrate is irradiated from the back with a more or less focused electron beam and thus heated up. The type of energy source (particle radiation) makes the energy transfer to the substrate very efficient. In order to achieve a homogeneous temperature distribution on the substrate, the electron beam can either be expanded in a defined manner or scanned on the substrate using rapid beam deflection. Very high temperatures can be reached on the substrate in a vacuum but also in a reactive environment, e.g. oxygen and/or ozone. A prior metallization of the back of the substrate is helpful, but not absolutely necessary.
Die Vorteile des mit Hilfe der gezeigten Vorrichtung durchgeführten Verfahrens sind insbesondere:
- - Sehr effizienter Energieübertrag auf das Substrat
- - Sehr hohe Substrattemperaturen sind erreichbar
- - Die Temperaturverteilung auf dem Substrat kann durch die flexibel veränderbare Strahlablenkung und Strahlmodulation gezielt lokal beeinflusst werden. Sehr homogene Temperaturverteilungen, aber auch definierte, lokale Temperaturverteilungen auf dem Substrat, sind erreichbar.
- - Die Temperaturverteilung kann mittels Pyrometer oder mit einer Wärmebildkamera gemessen und dann über eine Feedbackregelung gezielt an die Prozessanforderungen angepasst werden.
- - Mit einer differentiellen Pumpstufe kann die Vorrichtung auch bei relativ hohem Prozessdruck betrieben werden. Dies kann sich insbesondere bei Oxid- oder Nitrid-MBE als wichtig erweisen.
- - Speziell bei niedrigen Temperaturen kann mit einem Drahtheizer, d.h. per zusätzlicher Strahlungsheizung, das Substrat vorgeheizt oder alternativ geheizt werden.
- - Very efficient energy transfer to the substrate
- - Very high substrate temperatures can be achieved
- - The temperature distribution on the substrate can be influenced locally using the flexibly adjustable beam deflection and beam modulation. Very homogeneous temperature distributions, but also defined, local temperature distributions on the substrate, can be achieved.
- - The temperature distribution can be measured using a pyrometer or a thermal imaging camera and then adapted to the process requirements using feedback control.
- - With a differential pumping stage, the device can also be operated at relatively high process pressure. This can be particularly important for oxide or nitride MBE.
- - Especially at low temperatures, the substrate can be preheated or alternatively heated using a wire heater, i.e. by additional radiant heating.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl alternativer und/oder gleichwertiger Implementierungen ersetzt werden können, ohne dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung beeinträchtigt wird. Die vorliegende Anmeldung soll alle Anpassungen oder Variationen der hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Offenbarung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente eingeschränkt wird.Although specific embodiments have been shown and described herein, those skilled in the art will recognize that the specific embodiments shown and described may be replaced by a variety of alternative and/or equivalent other implementations without affecting the scope of the present disclosure. This application is intended to cover any adaptations or variations of the specific embodiments described herein. Therefore, this disclosure is intended to be limited only by the claims and their equivalents.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102022126327.4A DE102022126327A1 (en) | 2022-10-11 | 2022-10-11 | ELECTRON BEAM SUBSTRATE HEATING FOR COATING, EVAPORATION OR MOLECULAR BEAM EPITAXY |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102022126327.4A DE102022126327A1 (en) | 2022-10-11 | 2022-10-11 | ELECTRON BEAM SUBSTRATE HEATING FOR COATING, EVAPORATION OR MOLECULAR BEAM EPITAXY |
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ID=90355220
Family Applications (1)
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| DE102022126327.4A Pending DE102022126327A1 (en) | 2022-10-11 | 2022-10-11 | ELECTRON BEAM SUBSTRATE HEATING FOR COATING, EVAPORATION OR MOLECULAR BEAM EPITAXY |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118516653A (en) * | 2024-07-23 | 2024-08-20 | 江苏实为半导体科技有限公司 | A PVD heating plate and production degassing method |
| DE102024100545A1 (en) * | 2024-01-10 | 2025-07-10 | Audi Aktiengesellschaft | Coating system and process for series coating of workpieces |
Citations (2)
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| GB2099219A (en) | 1981-05-27 | 1982-12-01 | Post Office | Semiconductor device manufacture |
| DE4446992A1 (en) | 1994-01-19 | 1995-07-20 | Aixtron Gmbh | Appts. for depositing layers in gas phase on substrate |
-
2022
- 2022-10-11 DE DE102022126327.4A patent/DE102022126327A1/en active Pending
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