DE102008023027B4

DE102008023027B4 - Elektrodenanordnung für magnetfeldgeführte plasmagestützte Prozesse im Vakuum

Info

Publication number: DE102008023027B4
Application number: DE102008023027A
Authority: DE
Inventors: Martin Sens; Manfred Kammer; Christoph Steuer; Bernd-Dieter Wenzel
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2028-05-10
Also published as: DE102008023027A1

Abstract

Vorrichtung (4) zur Entfernung dünner Schichten von der Oberfläche eines Substrats (5) im Vakuum, umfassend eine Transporteinrichtung (41) für Substrate (5) sowie eine Elektrodenanordnung mit einer auf relativem Anodenpotential liegenden, zumindest teilweise parallel zu der zu behandelnden Oberfläche des Substrats (5) angeordneten Gegenelektrode (1), einer Dunkelfeldabschirmung (2) und einem zwischen der Gegenelektrode (1) und der Dunkelfeldabschirmung (2) angeordneten elektrisch isolierenden Element (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung vollständig in der Vorrichtung (4) angeordnet ist, die Dunkelfeldabschirmung (2) die vom Substrat (5) abgewandte Seite der Gegenelektrode (1) vollständig überdeckt und das elektrisch isolierende Element (3) zumindest den parallel zur Oberfläche des Substrats (5) angeordneten Teil der Gegenelektrode (1) vollständig überdeckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für magnetfeldgeführte plasmagestützte Prozesse, beispielsweise die Abscheidung dünner Schichten auf der Oberfläche eines Substrats oder die Entfernung dünner Schichten von der Oberfläche eines Substrats im Vakuum.
In den hier betrachteten Prozessen wird zwischen dem zu behandelnden Substrat und einer Gegenelektrode ein Plasma gezündet, dessen positive Ladungsträger durch den sogenannten Sputtereffekt (Abstäuben, d. h. durch Ionenbombardement induziertes Herausschlagen von Atomen aus der Festkörperoberfläche) die oberen Schichten einer Oberfläche (Beschichtungsmaterial oder Verunreinigungen des Substrats) abtragen. Je nach Verfahren kann die Gegenelektrode gegenüber dem Substrat Kathode oder Anode sein. Bei der Abscheidung dünner Schichten auf der Oberfläche eines Substrats wird das zu zerstäubende Material in Form sogenannter Targets bereitgestellt und auf (relatives) Kathodenpotential gelegt, während das Substrat auf (relativem) Anodenpotential liegt. Demgegenüber liegt bei der Entfernung dünner Schichten von der Oberfläche eines Substrats das Substrat auf (relativem) Kathodenpotential, wobei sich das Plasma zwischen dem Substrat und einer auf (relativem) Anodenpotential liegenden Elektrode (häufig als Anodenplatte oder Anodenkasten ausgeführt) ausbildet. Zur Unterstützung der Plasmabildung wie auch zum gezielten Verstärken der Bewegung der im Plasma enthaltenen Ladungsträger (Ionen) auf die abzutragende Oberfläche (Target beim Beschichten bzw. Substrat beim Abtragen) ist auf der dem Plasma abgewandten Seite dieser Oberfläche eine Magneteinrichtung vorgesehen, die die Bewegung der Ladungsträger beeinflusst und zur Erhöhung der Ladungsträgerdichte führt.
In DD 292 124 A5 ist eine Vorrichtung zur Entfernung dünner Schichten von der Oberfläche eines Substrats im Vakuum beschrieben, bei der eine Hohlanode durch eine Kammerwand einer Vakuumkammer in deren Inneres ragt. Die Hohlanode ist umgeben von einer Dunkelfeldabschirmung, die ebenfalls durch die Kammerwand ragt.
Um unerwünschte Entladungen zu verhindern, bei denen die Rückseite der Gegenelektrode ebenfalls zerstäubt wird oder/und eine Verunreinigung der aufgestäubten Schicht verursacht wird, verwendet man eine geerdete Abschirmung, welche die vor der Zerstäubung zu bewahrenden Teile umschließt. Diese sogenannte Dunkelfeldabschirmung muss dabei so dicht an den abzuschirmenden Teilen liegen, dass ihr Abstand geringer ist als die zum Brennen der Entladung nötige Länge des Dunkelraums vor der Gegenelektrode.
Problematisch dabei ist, dass auch zwischen der Gegenelektrode und der Dunkelfeldabschirmung Entladungen auftreten können, die den Prozess gefährden. Diese werden meist durch metallischen Flitter verursacht, der beispielsweise aus abgetragenen Partikeln des Targets oder des Substrats besteht, die in den Zwischenraum zwischen der Gegenelektrode und der Dunkelfeldabschirmung gelangt sind. Um derartige Störungen des ablaufenden Prozesses zu verhindern, wird bei einer Vorrichtung zur Entfernung dünner Schichten von der Oberfläche eines Substrats im Vakuum, die eine Transporteinrichtung für Substrate sowie eine Elektrodenanordnung mit einer auf relativem Anodenpotential liegenden, zumindest teilweise parallel zu der zu behandelnden Oberfläche des Substrats angeordneten Gegenelektrode, einer Dunkelfeldabschirmung und einem zwischen der Gegenelektrode und der Dunkelfeldabschirmung angeordneten elektrisch isolierenden Element umfasst vorgeschlagen, dass die Elektrodenanordnung vollständig in der Vorrichtung angeordnet ist, die Dunkelfeldabschirmung die vom Substrat abgewandte Seite der Gegenelektrode vollständig überdeckt und das elektrisch isolierende Element zumindest den parallel zur Oberfläche des Substrats angeordneten Teil der Gegenelektrode vollständig überdeckt.
Wenn die Gegenelektrode ein Anodenkasten mit einem Boden und den Boden umschließenden Seitenwänden ist, kann weiter vorgesehen sein, dass die Dunkelfeldabschirmung ein die Außenseite des Anodenkastens umschließender Abschirmungskasten mit einem Boden und den Boden umschließenden Seitenwänden ist, wobei die Böden von Anodenkasten und Abschirmungskasten sowie die Seitenwände von Anodenkasten und Abschirmungskasten zueinander beabstandet sind.
Dabei kann sich das elektrisch isolierende Element vollflächig zumindest zwischen den Böden des Anodenkastens und des Abschirmungskastens erstrecken. Auf diese Weise wird verhindert, dass in den Zwischenraum gelangender Flitter zu einer Entladung zwischen den beiden Böden führt, insbesondere wenn der Anodenkasten innerhalb der Prozessanlage mit nach oben gerichteter Öffnung angeordnet ist. Das elektrisch isolierende Element kann dabei als Einlage ausgeführt sein oder so, dass es den gesamten Zwischenraum zwischen den Böden des Anodenkastens und des Abschirmungskastens ausfüllt.
Weiter kann vorgesehen sein, dass sich das elektrisch isolierende Element vollflächig zwischen den Böden und Seitenwänden des Anodenkastens und des Abschirmungskastens erstreckt. Auch hierbei kann das elektrisch isolierende Element eine Einlage sein, deren Dicke geringer ist als der Abstand zwischen den Seitenwänden und den Böden oder so aus geführt sein, dass es den gesamten Zwischenraum zwischen dem Anodenkasten und dem Abschirmungskasten ausfüllt.
Das elektrisch isolierende Element kann aus Keramikpapier oder Keramikvlies gefertigt sein. Diese Materialien basieren auf keramischen Fasern unterschiedlicher Länge und können wie gewöhnliches Papier oder textiles Vlies geschnitten und gefaltet werden. Dieses Fasermaterial ist extrem beständig gegen Alterung, ist temperaturschockresistent und hat eine geringe thermische Leitfähigkeit sowie eine hohe Reißfestigkeit und reversible Formtreue. Es ist beständig in reduzierenden und oxidierenden Gasatmosphären, gegen die meisten Chemikalien und Lösemittel, sowie gegen viele Metallschmelzen, für Einsatztemperaturen bis 1260°C–1650°C geeignet und in verschiedenen Dicken lieferbar.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das elektrisch isolierende Element aus einer keramischen Gussmasse zu fertigen, die zur Material- und Gewichtsersparnis aufgeschäumt sein kann. Derartige Gussmassen werden meist aus zwei Komponenten, Pulver und Binder, geliefert und härten chemisch aus.
Geeignete Grundstoffe für das elektrisch isolierende Element sind beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Zirkonoxid, Bornitrid, Siliziumdioxid.
Nachfolgend wird die beschriebene Elektrodenanordnung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen naher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Elektrodenanordnung für das Trockenätzen, und
2 eine Vorrichtung zur magnetfeldgeführten plasmagestützten Behandlung von Substraten im Vakuum.
In 1 ist ein Anodenkasten 1 dargestellt, der zum Trockenätzen eines Substrats verwendet wird. Der Anodenkasten 1 weist einen Boden 11 und den Boden 11 umschließende Seitenwände 12 sowie einen Anschluss 13 an eine Stromversorgung 15 auf. Die Außenseite des Anodenkastens 1 ist von einem Abschirmungskasten 2 umhüllt, der ebenfalls einen Boden 21 sowie den Boden 21 umschließende Seitenwände 22 aufweist. Im Boden 21 des Abschirmungskastens 2 ist eine Öffnung vorgesehen, durch die ein Isolationsrohr 14 vom Boden 11 des Anodenkastens 1 zur Rückseite des Abschirmungskastens 2 führt. Durch das Isolationsrohr 14 ist die Verbindungsleitung 13 von der Stromversorgung 15 zum Boden 11 des Anodenkastens 1 geführt. Der Abschirmungskasten 2 ist geerdet.
Auf dem Boden 21 des Abschirmungskastens 2 ist ein elektrisch isolierendes Element 3 angeordnet, das als Einlage aus Keramikpapier ausgeführt ist. Das elektrisch isolierende Element 3 erstreckt sich über die gesamte Fläche des Bodens 21 des Abschirmungskastens 2 und verhindert so, dass ein in den Zwischenraum zwischen Anodenkasten 1 und Abschirmungskasten 2 gelangender Flitter zu einer Entladung zwischen den beiden Böden 11, 21 führt.
2 zeigt einen Ausschnitt einer Vorrichtung 4 zur Vakuumbehandlung eines Substrats 5. Im Ausführungsbeispiel ist das Substrat 5 ein Metallband, dessen Oberfläche innerhalb der Vorrichtung 4 durch Trockenätzen gereinigt werden soll.
Dazu wird das Substrat 5 auf einer Transporteinrichtung 41 durch die Vorrichtung 4 bewegt. Oberhalb des Substrats 5 ist eine Elektrodenanordnung vorgesehen, die einen Anodenkasten 1 sowie einen den Anodenkasten 1 umschließenden Abschirmungskasten 2 umfasst, die mit einem Abstand zueinander angeordnet sind. In den Raum zwischen dem Substrat 5 und dem Anodenkasten 1 wird zur Durchführung des Prozesses ein plasmabildendes Gas eingelassen.
Der Abschirmungskasten 2 und das Substrat 5 sind geerdet und der Anodenkasten 1 liegt auf positivem Hochspannungspotential, so dass der Anodenkasten 1 als Anode und das Substrat 5 als Kathode der Plasmaentladung 6 wirkt. Unterhalb des Substrats 5 ist eine Magneteinrichtung 42 angeordnet, die die Bildung der Plasmaentladung befördert und die darin enthaltenen positiven Ionen des plasmabildenden Gases auf die dem Anodenkasten 1 zugewandte Oberfläche des Substrats 5 lenkt.
Der Zwischenraum zwischen dem Anodenkasten 1 und dem Abschirmungskasten 2 ist vollständig durch ein elektrisch isolierendes Element 3 ausgefüllt, das aus einer aufgeschäumten keramischen Vergussmasse besteht. Dadurch werden Entladungen zwischen dem Anodenkasten 1 und dem aufgrund des bestehenden Potentialunterschieds wie eine Kathode wirkenden, geerdeten Abschirmungskasten 2 wirksam verhindert.
Bezugszeichenliste

1: Gegenelektrode, Anodenkasten
11: Boden
12: Seitenwand
13: Verbindungsleitung
14: Isolationsrohr
15: Stromversorgung
2: Dunkelfeldabschirmung, Abschirmungskasten
21: Boden
22: Seitenwand
3: elektrisch isolierendes Element
4: Vorrichtung zur Vakuumbehandlung
41: Transporteinrichtung
42: Magneteinrichtung
5: Substrat
6: Plasmaentladung

Claims

Vorrichtung (4) zur Entfernung dünner Schichten von der Oberfläche eines Substrats (5) im Vakuum, umfassend eine Transporteinrichtung (41) für Substrate (5) sowie eine Elektrodenanordnung mit einer auf relativem Anodenpotential liegenden, zumindest teilweise parallel zu der zu behandelnden Oberfläche des Substrats (5) angeordneten Gegenelektrode (1), einer Dunkelfeldabschirmung (2) und einem zwischen der Gegenelektrode (1) und der Dunkelfeldabschirmung (2) angeordneten elektrisch isolierenden Element (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung vollständig in der Vorrichtung (4) angeordnet ist, die Dunkelfeldabschirmung (2) die vom Substrat (5) abgewandte Seite der Gegenelektrode (1) vollständig überdeckt und das elektrisch isolierende Element (3) zumindest den parallel zur Oberfläche des Substrats (5) angeordneten Teil der Gegenelektrode (1) vollständig überdeckt.
Vorrichtung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (1) ein Anodenkasten mit einem Boden (11) und den Boden (11) umschließenden Seitenwänden (12) ist und die Dunkelfeldabschirmung (2) ein die Außenseite des Anodenkastens (1) umschließender Abschirmungskasten mit einem Boden (21) und den Boden (21) umschließenden Seitenwänden (22) ist, wobei die Böden (11, 21) von Anodenkasten (1) und Abschirmungskasten (2) sowie die Seitenwände (12, 22) von Anodenkasten (1) und Abschirmungskasten (2) zueinander beabstandet sind.
Vorrichtung (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das elektrisch isolierende Element (3) vollflächig zumindest zwischen den Böden (11, 21) des Anodenkastens (1) und des Abschirmungskastens (2) erstreckt.
Vorrichtung (4) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (3) den gesamten Zwischenraum zwischen den Böden (11, 21) des Anodenkastens (1) und des Abschirmungskastens (2) ausfüllt.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das elektrisch isolierende Element (3) vollflächig zwischen den Böden (11, 21) und Seitenwänden (12, 22) des Anodenkastens (1) und des Abschirmungskastens (2) erstreckt.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (3) den gesamten Zwischenraum zwischen dem Anodenkasten (1) und dem Abschirmungskasten (2) ausfüllt.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (3) aus Keramikpapier oder Keramikvlies gefertigt ist.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (3) aus einer keramischen Gussmasse gefertigt ist.
Vorrichtung (4) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Gussmasse aufgeschäumt ist.
Vorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (3) überwiegend aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe besteht: Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Zirkonoxid, Bornitrid, Siliziumdioxid.