DE2241229C2 - Device for etching substrates by means of a glow discharge - Google Patents
Device for etching substrates by means of a glow dischargeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach 2, dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a device according to 2 , the preamble of the patent claim.
Solche Vorrichtungen sind ber-cits bekannt (DE-OS 2111 732), wobei dort zum Gravieren mittels Katodenzerstäubung eine Triodenanordnung verwendet wird, die also drei Elektroden enthält, und zwar Katode, Anode und Hilfselektrode. Die Katode ist dabei in einem solch engen Abstand von einem Erdungsschirm umgeben, daß sich in de ,τι Spa' zwischen Erdungsschirm und Katode, also instesondere auf der Rückseite der Katode, keine Glimmentladung JsbildeLSuch devices are known ber-cits (DE-OS 2111 732), where a triode arrangement is used for engraving by means of cathode sputtering that contains three electrodes, namely the cathode, Anode and auxiliary electrode. The cathode is at such a close distance from a grounding screen surround that in de, τι Spa 'between the grounding screen and cathode, so instesondere on the back the cathode, no glow discharge
Es ist bekannt, daß man einen Zerstäubungsvorgang mittels einer hochfrequenten Spannung zwischen zwei Elektroden dann durchführen kann, wenn die aus dem aufzustäubenden Material bestehende Elektrode (Target) flächenmäßig kleiner ist als die Gegenelektrode. Als Gegenelektrode dient dann nicht nur das Substrat und der geerdete Substratträger, sondern auch die ebenfalls geerdeten Kammerwände. Durch diese erheblichen Flächenunterschiede tritt an der zu zerstäubenden Elektrode eine wesentlich größere Ladungsdichte auf, die auf die unterschiedliche Beweglichkeit der Ladungsträger im elektrischen Feld zurückzuführen ist.It is known that one can use an atomization process by means of a high-frequency voltage between two electrodes when the out of the The electrode (target) to be sputtered is smaller in area than the counter electrode. as The counter electrode is then used not only for the substrate and the grounded substrate carrier, but also for them earthed chamber walls. Due to these considerable differences in area, the spray to be atomized occurs Electrode has a significantly higher charge density, which is due to the different mobility of the charge carriers in the electric field.
Zur Begrenzung der Glimmentladung auf den unmittelbaren Bereich zwischen Katode und Anode und infolgedessen zur Erzielung einer hohen und gleichförmigen Niederschlagsrate wurde bereits in der DE-OS 21 15 590 vorgeschlagen, die Katode in der Randzone mit einem Vorsprung zu versehen, der den Raum zwischen einem scheibenförmigen Teil der Katode und dem Substratträger bis auf einen Spalt »a« überbrückt, der dort 5 mm beträgt. Die betreffende Vorrichtung ist jedoch aufgrund der Auslegung der Stromversorgungseinrichtung ausschließlich zum Beschichten der Substrate und nicht zum Ätzen geeignet. Bei der vorgeschlagenen Anordnung war erstmals die geerdete Elektrode (Substrätfläche, Sübstfätträger) kleiner als die Fliehe der Gegenelektrode (Target).To limit the glow discharge to the immediate area between cathode and anode and as a result to achieve a high and uniform precipitation rate was already in the DE-OS 21 15 590 proposed to provide the cathode in the edge zone with a projection that the space bridged between a disc-shaped part of the cathode and the substrate carrier except for a gap »a«, which is 5 mm there. However, due to the design of the power supply device, the device in question is only suitable for coating the substrates and not for etching. In the proposed arrangement, the grounded electrode was used for the first time (Substrate area, fruit carriers) smaller than the fly the counter electrode (target).
Beim Stand der Technik mußten zum Ätzen einerseits und Beschichten andererseits jeweils unterschiedliche Vorrichtungen verwendet werden. Doch selbst im Falle einer Integration zweier solcher Systeme in eine einzige Vakuumanlage hätte durch zusätzliche Isolationsmaßnahmen, Abschirmungen sowie unterschiedliche ImpeIn the prior art, etching on the one hand and coating on the other hand had to be different Devices are used. But even if two such systems are integrated into one Vacuum system would have been through additional insulation measures, shields and different Impe danzanpassungsnetzwerke für eine völlige Trennung der elektrischen Einrichtungen Sorge getragen werden müssen. Denn während beim Katodenzerstäubungsverfahren Material der Katode unter dem Einfluß der Glimmentladung abgetragen und auf dem Substrat niedergeschlagen wird, gelingt es beim Stande der Technik durch Umpolung, Material von den Substraten abzutragen, d.h. die Substrate zu ätzen. Ein solches Ätzverfahren eignet sich beispielsweise für die Herstellung von integrierten Schaltungen, wobei durch bekannte Techniken die Anwendung von Masken und entsprechenden Fotolackschichten ein Muster auf dem Substrat erzeugt werden kann.danzanpassungsnetzwerke ensure a complete separation of the electrical equipment have to. Because while the cathode sputtering material under the influence of the cathode Glow discharge is removed and deposited on the substrate, it succeeds in the state of Technique by polarity reversal to remove material from the substrates, i.e. to etch the substrates. One such Etching process is suitable, for example, for the production of integrated circuits, whereby through known techniques the application of masks and corresponding photoresist layers a pattern on the Substrate can be generated.
Die bekannte Umpo'ung von Katode und Substrat (Anode) führt dadurch, daß das Substrat und dessen Träger zur Katode werden, zu einer guten Ätzwirkung, bedingt aber bezüglich der vorrichtungsseitigen Maßnahmen einen erheblichen Aufwand, und zwar dann, wenn Substrate in kontinuierlich aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen abwechselnd beschichtet und geätzt werden sollen. Dies würde einen laufenden Wechsel der Polarität der Substrate mit sich bringen, was wegen der Transporteinrichtungen für die Substrate auf erhebliche Schwierigkeiten stößt Bei Substraten, die beispielsweise auf einem Rundtisch angeordnet sind und nachfolgend durch verschiedene Bearbeitungsstationen innerhalb der gleichen oder unterschiedlicher Vakuumkammern geführt werden, wäre ein solcher Polaritätswechsel äußerst aufwendig.The well-known umpo'ung of cathode and substrate (Anode) leads to a good etching effect due to the fact that the substrate and its support become the cathode, but requires considerable effort with regard to the device-side measures, namely then, when substrates are alternately coated and etched in successive operations should be. This would bring about a constant change in the polarity of the substrates, which is because of the Transporting devices for the substrates encounters considerable difficulties In the case of substrates that are arranged, for example, on a rotary table and are subsequently guided through different processing stations within the same or different vacuum chambers, such a polarity change would be extremely time-consuming.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ätzvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie im Rahmen einer Vakuumbeschichtungsanlage eingesetzt werden kann, ohne bei einem Wechsel Atzen/Beschichten einen laufenden Wechsel der Polarität der Substrate erforderlich zu machen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Mittel gelöstThe invention is based on the object of providing an etching device of the type mentioned at the beginning improve that it can be used in a vacuum coating system without a Change of etching / coating to make a constant change of the polarity of the substrates necessary. According to the invention, this object is achieved by the means specified in the characterizing part of the patent claim
Dadurch läßt sich vorteilhafterwei.se lediglich durch Übergang von einer Gleichspannung^versorgung entsprechender Polarität auf eine Hochfrequenzversorgung entsprechender Frequenz ein Bestäubungsvorgang in einen Ätzvorgang umkehren, ohne daß hierbei die Erdung der betreffenden Teile durch Eingriff von außen geändert werden müßte. Dies ist besonders vorteilhaft für den Fall, daß die gleichen Substrate mehrere Bearbeitungsstationen durchlaufen müssen, in denen abwechselnd bestäubt und geätzt wird, und wobei die Substrate von Jer gleichen Transporteinrichtung bewegt werden. Infolge der Geometrie von Substrat und Elektrode stellt sich eine außerordentlich gleichmäßige Ätzrate über den Gesamtquerschnitt des Substrats bzw. der Substrate ein.This advantageously only allows through Transition from a DC voltage supply of the corresponding polarity to a high-frequency supply of the corresponding frequency, reversing a dusting process into an etching process without doing so the grounding of the parts concerned would have to be changed by external intervention. This is special advantageous in the event that the same substrates have to pass through several processing stations, in which is alternately dusted and etched, and with the substrates from the same transport device be moved. As a result of the geometry of the substrate and electrode, there is an extremely uniform etching rate over the entire cross section of the substrate or the substrates.
Dieser Vorgang läßt sich wie folgt deuten: Bei der üblichen ebenen Zwei-Elektroden-Anordnung fließt der Elektronenstrom nur teilweise zur Anode; der Großteil des Elektronenstroms fließt unmittelbar zur sehr viel größeren Rezipientenwand. Bei der beschriebenen Topfkatode gerät der Einfluß der Rezipientenwand in Fortfall, da zwischen Anode und Katode nur ein relativ enger Spalt »a« besteht, aus dem die den Vorgang bewirkende Glimmentladung nicht austreten kann. Durch unterschiedliche Massen und Wanderungsgeschwindigkeiten von Elektronen und Ionen einerseits und unterschiedliche Flächengrößen andererseits lädt sich nun diejenige Fläche stärker negativ auf, die kleiner ist. Dies ist bei der beschriebenen Topfkatode das auf Masse liegende Substrat bzw. der Substratträger. DieThis process can be interpreted as follows: With the usual planar two-electrode arrangement, the flows Electron flow only partially to the anode; the majority of the electron stream flows directly to the very much larger recipient wall. In the case of the pot cathode described, the influence of the recipient wall comes into play Elimination, since there is only a relatively narrow gap "a" between the anode and cathode, from which the process is carried out causing glow discharge cannot escape. Due to the different masses and migration speeds of electrons and ions on the one hand and different surface sizes on the other hand, that surface is now more negatively charged, the smaller one is. In the case of the pot cathode described, this is the grounded substrate or the substrate carrier. the
Folge ist, daß die Oberfläche des Substrats zerstäubt bzw. geätzt wird.The result is that the surface of the substrate is sputtered or is etched.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutertIn the following an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings
Es zeigenShow it
F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Vorrichtung mit topfförmiger Elektrode,F i g. 1 shows a vertical section through a device with a cup-shaped electrode,
F i g. 2 ein Diagramm, in dtm die Ätzratenverteilung Ober die Fläche eines größpren Substrats dargestellt istF i g. 2 is a diagram showing the etching rate distribution in dtm Is shown above the area of a larger substrate
In der Figur ist mit 10 eine Basisplatte bezeichnet, auf der eine vakuumdichte Glocke 11 unter Zwischenschaltung einer Rundschnurdichtung 12 ruht Diese Teile bilden zusammen eine Vakuumkammer 13, die über eine Leitung 14 durch nicht dargestellte Vakuumpumpen evakuierbar ist. Ober eine weitere Leitung 15 mit einem Dosierventil 16 wird ein für den Ätzprozess geeignetes Inertgas, beispielsweise Argon, zugeführt.In the figure, 10 denotes a base plate on the one vacuum-tight bell 11 with the interposition an O-ring seal 12 rests These parts together form a vacuum chamber 13, which has a Line 14 can be evacuated by vacuum pumps, not shown. Over another line 15 with a An inert gas suitable for the etching process, for example argon, is supplied to the metering valve 16.
In der Vakuumkammer 13 ist ein Substratträger 17 angeordnet, auf dem das zu ätzende Substrat 18 ruht Oberhalb des Substratträgers ist an einer gleichzeitig als Stromzuführung dienenden Haltestange 19 eine Elektrode 20 angebracht, die aus einem scheibenförmigen Teii 21 und einem zylindrischen Vorsprang 22 besteht der gleichzeitig den Rand der Elektrode b.klet. Der scheibenförmige Teil 21 hat einen Abstand von der Oberfläche des Substrats 18, wie er auch bei herkömmlichen Anlagen zur Kathodenzerstäubung anzutreffen ist; im vorliegenden Falle sind es 58 mm. Der zylindrische Vorsprung 22 überbrückt den Abstand zwischen scheibenförmigem Teil 21 und Substratträger ro 17 bis auf einen geringen Spalt »a« von 5 mm Hieraus errechnet sich eine Höhe des zylindrischen Vorsprunges 22 von 53 mm. Der Innendurchmesser der tropfförmigen Elektrode 20 beträgt 150 mm; die gleiche Abmessung hat das Substrat 18. Die Elektrode 20 und deren Haltestange 19 sind auf ihrer gesandten, im Vakuum befindlichen Außenfläche von einem geerdeten Schirm 23 umgeben, der verhindert, daß die Glimmhaut die betreffenden Oberflächenteile überzieht Eine Stromversorgungseinrichtung ist mit 24 bezeichnet Sie besteht aus einem Hochfrequenzerzeuger, dessen Frequenz zwischen 10 und 15 MHz einstellbar istA substrate carrier 17, on which the substrate 18 to be etched rests, is arranged in the vacuum chamber 13 Above the substrate carrier, there is an electrode on a holding rod 19 which also serves as a power supply 20 attached, which consists of a disk-shaped part 21 and a cylindrical projection 22 which at the same time b.klet the edge of the electrode. The disc-shaped part 21 is spaced from the Surface of the substrate 18, as it is in conventional systems for cathode sputtering is to be found; in the present case it is 58 mm. The cylindrical projection 22 bridges the distance between the disk-shaped part 21 and the substrate carrier ro 17 apart from a small gap "a" of 5 mm a height of the cylindrical projection 22 of 53 mm is calculated. The inside diameter of the teardrop-shaped Electrode 20 is 150 mm; the substrate 18 has the same dimensions. The electrode 20 and their support rods 19 are grounded on their sent, vacuum-located outer surface of a Surrounding screen 23, which prevents the glow skin from covering the surface parts concerned Power supply device is denoted by 24 It consists of a high frequency generator whose Frequency can be set between 10 and 15 MHz
In einer Vorrichtung gemäß F i g. 1 und mit den in der Beschreibung genannten Hauptabmessungen von Elektrode, Glassubstral und Spalt »a« wurde eine Atmosphäre von Argon bei einem Druck von 2.10~2 Torr hergestellt Die Elektrode bestand in diesem Falle aus Aluminium. Der Ätzvorgang wurde bei einer Hochfrequenzleistung von 300 Watt bei 13,5 MHz 150 Minuten lang durchgeführt wobei sich eine mittlere Ätzrate von 1,1 A/sec. einstellte, wie durch Wägung des Substrats festgestellt wurde. Die Ätzratenverteilung wurde durch Heraustrennen eines 2 cm breiten Streifens längs eines Durchmessers des Substrats und zerlegen dieses Streifens in 1 cm breite Teilstücke bestimmt Die Ätzrate wurde für jedes Teilstür1 durch Wägung bestimmt und ergab den Verlauf der Kurve 25 in F i g. 2.In a device according to FIG. With 1 the main dimensions mentioned in the description of electrode Glassubstral and gap "a" was prepared an atmosphere of argon at a pressure of 2.10 ~ 2 Torr The electrode was in this case made of aluminum. The etching process was carried out at a high-frequency power of 300 watts at 13.5 MHz for 150 minutes, an average etching rate of 1.1 A / sec. adjusted as determined by weighing the substrate. The etching rate distribution was determined by cutting out a 2 cm wide strip along a diameter of the substrate and dividing this strip into 1 cm wide sections. The etching rate was determined for each partial door 1 by weighing and gave the shape of curve 25 in FIG. 2.
F i g. 2 zeigt eine grafische Darstellung des Ätzratenprofils des Substrats 18. Das Substrat ist beispielsweise eine kreisförmige Scheibe aus Glas von IjO mm Durchmesser, deren Mittenachse mit der Ordinate des Koordinatensystems zusammenfällt. Auf der Ordinate ist die Ätzrate »e« in Α-Einheiten pro Sekunde aufgetragen, auf der Abszisse ist der Durchmesser »d« des Substrates 18 angegeben. Es stellt sich ein Ätzratenprofil ein, wie es durch die Linie 25 dargestellt ist Der Ätzratenabfall zum Rande hin ist minimal, er beträgt etwa 10% von der Ätzräte in der Mitte des Substrats.F i g. 2 shows a graphical representation of the etch rate profile of the substrate 18. The substrate is for example a circular disk of glass of IjO mm Diameter whose center axis coincides with the ordinate of the coordinate system. On the ordinate the etching rate »e« is plotted in Α units per second, the diameter »d« is on the abscissa of the substrate 18 indicated. An etching rate profile is established, as shown by line 25 The etching rate drop towards the edge is minimal, it is about 10% of the etching rate in the middle of the Substrate.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: LEYBOLD AG, 6450 HANAU, DE |
|
| 8331 | Complete revocation |