DE102008023027A1 - Electrode arrangement for plasma-supported, magnetically-guided deposition or removal of thin layers on/from substrate surface in vacuum, has insulated element arranged in intermediate space between bases of backplate electrode and screen - Google Patents

Electrode arrangement for plasma-supported, magnetically-guided deposition or removal of thin layers on/from substrate surface in vacuum, has insulated element arranged in intermediate space between bases of backplate electrode and screen Download PDF

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Abstract

The arrangement has an electrically insulated element (3) arranged in an intermediate space between bases (11, 21) of a backplate electrode i.e. anode box (1), and a dark field screen (2). The dark field screen is provided with a side wall (22) surrounding an outer side of the backplate electrode. The bases of the backplate electrode and the dark field screen, and side walls (12, 22) of the backplate electrode and the dark field screen are arranged at distance from each other. The insulated element consists of ceramic paper, ceramic fibrous web or ceramic casting material.

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.The The invention relates to an electrode arrangement for magnetic-field-guided plasma-assisted processes, for example, the deposition of thin layers on the surface a substrate or the removal of thin layers from the surface of a Substrate in a vacuum.

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 the processes considered here are to be treated between Substrate and a counter electrode ignited a plasma whose positive charge carriers through the so-called sputtering effect (dusting, that is by ion bombardment induced strike out of atoms from the solid surface) upper layers of a surface (Coating material or contaminants of the substrate) ablate. Depending on the method, the counter electrode opposite to the substrate cathode or Be anode. In the deposition of thin layers on the surface of a Substrate becomes the one to be atomized Provided material in the form of so-called targets and based on (relative) Cathode potential placed while the substrate is at (relative) anode potential. In contrast, lies thinner on removal Layers from the surface a substrate, the substrate on (relative) cathode potential, where the plasma is between the substrate and one on (relative) Anode potential electrode (often as an anode plate or Anode box executed) formed. In support of the Plasma formation as well as for targeted amplification of the movement in the plasma contained charge carriers (Ions) on the ablated surface (target during coating or substrate during removal) is on the side facing away from the plasma Side of this surface a magnetic device is provided which influences the movement of the charge carriers and to increase the charge carrier density leads.

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.Around undesirable To prevent discharges where the back of the counter electrode also atomized or / and contamination of the sputtered layer is caused, you use a grounded shield, which before the atomization too enclosing parts. This so-called dark field shield must be so close to the shielded parts lie that their distance is less than the necessary for burning the discharge Length of the Dark room in front of the counter electrode.

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 eine Elektrodenanordnung mit einer Gegenelektrode und einer Dunkelfeldabschirmung vorgeschlagen, bei der zwischen der Gegenelektrode und der Dunkelfeldabschirmung ein elektrisch isolierendes Element angeordnet ist.Problematic It is that between the counter electrode and the dark field shield discharges may occur, which endanger the process. These are usually caused by metallic baubles, for example consists of ablated particles of the target or of the substrate, in the space between the counter electrode and the dark field shield have arrived. To such disturbances to prevent the running process, becomes an electrode assembly proposed with a counter electrode and a dark field shield, at the between the counter electrode and the dark field shield an electrically insulating element is arranged.

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.If the counter electrode is an anode box with a bottom and the bottom enclosing sidewalls, can be further provided that the dark field shield a the outside of the anode box enclosing Shielding box with a bottom and the bottom enclosing side walls, the floors of anode box and shielding box as well as the side walls of Anodenkasten and shielding box are spaced from each other.

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 ausgeführt sein, dass es den gesamten Zwischenraum zwischen dem Anodenkasten und dem Abschirmungskasten ausfüllt.In this case, the electrically insulating element can extend over the entire surface at least between the bottoms of the anode box and the shielding box. In this way it is prevented that in the intermediate space passing tinsel leads to a discharge between the two floors, especially when the anode box is disposed within the process plant with upward opening. The electrically insulating element may be embodied as an insert or so that it fills the entire space between the bottoms of the anode box and the shielding box:
It can further be provided that the electrically insulating element extends over the entire surface between the bottoms and side walls of the anode box and the shielding box. Again, the electrically insulating element may be an insert whose thickness is less than the distance between the side walls and the floors or be designed so that it fills the entire space between the anode box and the shield box.

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.The electrically insulating element can be made of ceramic paper or ceramic fleece be made. These materials are based on ceramic fibers different length and can like ordinary paper or textile fleece cut and folded. This fiber material is extremely resistant to Aging, is temperature shock resistant and has a low thermal conductivity and a high tear resistance and reversible shape fidelity. It is resistant in reducing and oxidizing Gas atmospheres, against most chemicals and solvents, as well as against many Molten metals, for Operating temperatures up to 1260 ° C-1650 ° C suitable and available in different thicknesses.

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.Another possibility is to manufacture the electrically insulating element of a ceramic casting material, the material and Weight savings can be foamed. Such casting compounds are usually supplied from two components, powder and binder, and cure chemically.

Geeignete Grundstoffe für das elektrisch isolierende Element sind beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat; Zirkonoxid, Bornitrid, Siliziumdioxid.suitable Basic materials for the electrically insulating element are, for example, aluminum oxide, aluminum silicate; Zirconia, boron nitride, silicon dioxide.

Nachfolgend wird die beschriebene Elektrodenanordnung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigenfollowing the described electrode arrangement using exemplary embodiments and associated Drawings closer explained. Show

1 eine Elektrodenanordnung für das Trockenätzen, und 1 an electrode assembly for dry etching, and

2 eine Vorrichtung zur magnetfeldgeführten plasmagestützten Behandlung von Substraten im Vakuum. 2 a device for magnetic field-guided plasma-assisted treatment of substrates in a vacuum.

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.In 1 is an anode box 1 shown used for dry etching a substrate. The anode box 1 has a floor 11 and the floor 11 enclosing sidewalls 12 as well as a connection 13 to a power supply 15 on. The outside of the anode box 1 is from a shield box 2 which also covers a floor 21 as well as the ground 21 enclosing sidewalls 22 having. In the ground 21 of the shielding box 2 an opening is provided through which an insulation tube 14 from the ground 11 of the anode box 1 to the back of the shielding box 2 leads. Through the insulation pipe 14 is the connection line 13 from the power supply 15 to the ground 11 of the anode box 1 guided. The shield box 2 is grounded.

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.On the ground 21 of the shielding box 2 is an electrically insulating element 3 arranged, which is designed as a deposit of ceramic paper. The electrically insulating element 3 extends over the entire surface of the soil 21 of the shielding box 2 and prevents so in the space between anode box 1 and shielding box 2 tinsel leading to a discharge between the two floors 11 . 21 leads.

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. 2 shows a section of a device 4 for vacuum treatment of a substrate 5 , In the exemplary embodiment, the substrate 5 a metal band whose surface is inside the device 4 should be cleaned by dry etching.

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.This is the substrate 5 on a transport device 41 through the device 4 emotional. Above the substrate 5 an electrode assembly is provided which includes an anode box 1 as well as the anode box 1 enclosing shielding box 2 includes, which are arranged at a distance from each other. In the space between the substrate 5 and the anode box 1 For the implementation of the process, a plasma-forming gas is introduced.

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.The shield box 2 and the substrate 5 are grounded and the anode box 1 is at a positive high voltage potential, so that the anode box 1 as the anode and the substrate 5 as the cathode of the plasma discharge 6 acts. Below the substrate 5 is a magnetic device 42 arranged to promote the formation of the plasma discharge and the positive ions of the plasma-forming gas contained therein to the anode box 1 facing surface of the substrate 5 directs.

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.The space between the anode box 1 and the shield box 2 is completely by an electrically insulating element 3 filled, which consists of a foamed ceramic potting compound. This will cause discharges between the anode box 1 and the earthed shield box acting like a cathode due to the existing potential difference 2 effectively prevented.

11
Gegenelektrode, AnodenkastenCounter electrode, anode box
1111
Bodenground
1212
SeitenwandSide wall
1313
Verbindungsleitungconnecting line
1414
Isolationsrohrinsulating tube
1515
Stromversorgungpower supply
22
Dunkelfeldabschirmung, AbschirmungskastenDark field shielding, shielding box
2121
Bodenground
2222
SeitenwandSide wall
33
elektrisch isolierendes Elementelectrical insulating element
44
Vorrichtung zur Vakuumbehandlungcontraption for vacuum treatment
4141
Transporteinrichtungtransport means
4242
Magneteinrichtungmagnetic device
55
Substratsubstratum
66
Plasmaentladungplasma discharge

Claims (10)

Elektrodenanordnung mit einer Gegenelektrode (1) und einer Dunkelfeldabschirmung (2), bei der zwischen der Gegenelektrode (1) und der Dunkelfeldabschirmung (2) ein elektrisch isolierendes Element (3) angeordnet ist.Electrode arrangement with a counterelectrode ( 1 ) and a dark field shield ( 2 ), in which between the counter electrode ( 1 ) and the dark field shield ( 2 ) an electrically insulating element ( 3 ) is arranged. Elektrodenanordnung 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.Electrode arrangement according to Claim 1, characterized in that the counterelectrode ( 1 ) an anode box with a bottom ( 11 ) and the ground ( 11 ) enclosing side walls ( 12 ) and the dark field shield ( 2 ) the outside of the anode box ( 1 ) enclosing Abschir with a bottom ( 21 ) and the ground ( 21 ) enclosing side walls ( 22 ), the soils ( 11 . 21 ) of anode box ( 1 ) and shielding box ( 2 ) as well as the side walls ( 12 . 22 ) of anode box ( 1 ) and shielding box ( 2 ) are spaced from each other. Elektrodenanordnung 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.Electrode arrangement according to claim 2, characterized in that the electrically insulating element ( 3 ) over the entire surface at least between the floors ( 11 . 21 ) of the anode box ( 1 ) and the shielding box ( 2 ). Elektrodenanordnung 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.Electrode arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the electrically insulating element ( 3 ) the entire space between the floors ( 11 . 21 ) of the anode box ( 1 ) and the shielding box ( 2 ). Elektrodenanordnung 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.Electrode arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that the electrically insulating element ( 3 ) over the entire surface between the floors ( 11 . 21 ) and side walls ( 12 . 22 ) of the anode box ( 1 ) and the shielding box ( 2 ). Elektrodenanordnung 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.Electrode arrangement according to one of claims 2 to 5, characterized in that the electrically insulating element ( 3 ) the entire space between the anode box ( 1 ) and the shielding box ( 2 ). Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (3) aus Keramikpapier oder Keramikvlies gefertigt ist.Electrode arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electrically insulating element ( 3 ) is made of ceramic paper or ceramic fleece. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Element (3) aus einer keramischen Gussmasse gefertigt ist.Electrode arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electrically insulating element ( 3 ) is made of a ceramic casting material. Elektrodenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die keramische Gussmasse aufgeschäumt ist.Electrode arrangement according to Claim 8, characterized that the ceramic casting compound is foamed. Elektrodenanordnung 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.Electrode arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrically insulating element ( 3 ) consists predominantly of one or more of the following substances: aluminum oxide, aluminum silicate, zirconium oxide, boron nitride, silicon dioxide.
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