DE10130129B4

DE10130129B4 - Zerstäubungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10130129B4
Application number: DE10130129A
Authority: DE
Inventors: Akira Sakai Okuda; Shigeru Kadoma Namiki; Kiyoshi Neyagawa Saeki; Toshiyuki Osaka Fujioka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2021-06-23
Also published as: DE10130129A1; JP3972558B2; KR100424149B1; US6471836B2; KR20020003505A; JP2002004039A; US20010054551A1

Abstract

Zerstäubungsvorrichtung, umfassend:
eine Reaktionskammer (3), innerhalb welcher Atmosphäre mit reduziertem Druck aufrechterhalten wird;
eine Evakuierpumpe (8), die das Innere der Reaktionskammer evakuiert;
ein Gaszuführsystem (9), das Gas in die Reaktionskammer liefert;
einen Substrathalter (5), der in der Reaktionskammer (3) angeordnet ist, um auf ihm ein Substrat (6), das mit Plasma behandelt werden soll, zu montieren;
eine Kathode (4), die gegenüber dem Substrat (6) angeordnet ist und ein Target (1) trägt, von welchem im Betrieb Zerstäubungsteilchen abgelöst werden;
eine Leistungsquelle (7), die eine Spannung an die Kathode (4) liefert;
eine Schutzplatte (10), die entlang dem Umfang des Substrats (6) angeordnet ist; und
ein Isolationselement (11), das zwischen der Kathode (4) und der Schutzplatte (10) angeordnet ist,
gekennzeichnet dadurch, dass
der mit der Atmosphäre im Inneren der Reaktionskammer (3) in Kontakt stehende Teil der Oberfläche des Isolationselementes (11) eine umlaufende Ausnehmung...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäubungsvorrichtung für die Verwendung bei der Ablagerung einer Dünnschicht, bei welcher die Erzeugung einer anomalen Entladung zwischen einem Target und einer Trägerplatte und einer Target-Halterung verhindert werden kann.
In den letzten Jahren wurde eine Zerstäubungsvorrichtung (sputtering apparatus) beim Verfahren für das Ausbilden einer Dünnschicht für einen Halbleiter, einen Flüssigkristall, eine optische Platte, eine elektronische Vorrichtung und dergleichen häufig verwendet. Insbesondere erfordert eine Zerstäubungsvorrichtung für eine optische Platte oder dergleichen eine Ausrüstung mit beachtlich reduzierten Kosten und einem hohen Durchsatz, weswegen sie eine einfache Struktur aufweisen muss und eine leichte Wartung ermöglichen sollte. Somit wird mit einer Struktur, in welcher eine isolierte Abschirmung und eine Schutzplatte miteinander vereinigt sind, und eine Target-Halterung, die ein Target auf einer Kathode befestigen kann, verwendet wird, die Ausrüstung vereinfacht und die Wartung erleichtert.
Unter Bezug auf 7 wird nachfolgend einer Erläuterung eines Beispiels einer Zerstäubungsvorrichtung des Standes der Technik gegeben. In 7 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Target als ein eine Schicht ausbildendes Material, und die Bezugszahl 2 bezeichnet eine Trägerplatte, die aus Kupfer oder dergleichen besteht, und zur Kühlung des Targets 1 dient. Die Bezugszahl 3 bezeichnet eine Reaktionskammer, und die Bezugszahl 4 bezeichnet eine Kathode, auf der das Target 1 und die Trägerplatte 2 plaziert werden. Die Bezugszahl 5 bezeichnet einen Substrathalter, der gegenüber der Kathode 4 angeordnet ist, um auf ihm ein Substrat zu montieren, auf das eine Schicht mit Hilfe des Zerstäubungsverfahrens abgesetzt wird. Die Bezugszahl 7 bezeichnet eine Leistungsquelle für das Anlegen einer Spannung an die Kathode 4, um ein Plasma auf dem Target 1 zu erzeugen, die Bezugszahl 8 bezeichnet eine Evakuierpumpe für das Abpumpen der Atmosphäre innerhalb der Reaktionskammer 3, um eine Unterdruckatmosphäre zu erzeugen, die Bezugszahl 9 bezeichnet ein Gaszuführsystem für das Liefern eines Zerstäubungsgases in die Reaktionskammer 3, die Bezugszahl 10 bezeichnet eine Schutzplatte, die aus rostfreiem Stahl oder dergleichen besteht, und die entlang des gesamten Umfangs zwischen dem Substrat 6 und der Trägerplatte 2 angeordnet ist, um jegliche Ablagerung der zerstäubten Teilchen auf die innere Oberfläche der Reaktionskammer zu verhindern, und die Bezugszahl 11 bezeichnet ein Isolationselement, das zwischen der Schutzplatte 10 und der Trägerplatte 2 plaziert und an der Schutzplatte 10 mit Schrauben oder dergleichen befestigt ist. Die Schutzplatte 10 und das Isolationselement 11 dienen integral als eine Target-Halterung, die auf die Trägerplatte 2 drückt und somit das Target 1 an der Kathode 4 befestigt. Weiterhin bezeichnet die Bezugszahl 13 ein Element für das Isolieren der Reaktionskammer 3 von der Kathode 4.
Es wird nachfolgend eine Beschreibung des Betriebs der Zerstäubungsvorrichtung und des Targets, die so aufgebaut sind, wie das oben beschrieben wurde, gegeben. Zuerst pumpt die Evakuierpumpe 8 die Atmosphäre innerhalb der Reaktionskammer 3 ab, so dass ein Vakuum von ungefähr 10^–5 Pa entsteht. Als nächstes führt das Gaszuführsystem 9 Argongas in die Reaktionskammer 3, um so den Druck auf einen Vakuumwert von ungefähr 0,67 Pa einzustellen. Die Leistungsquelle 7 liefert eine Gleichspannung oder eine hochfrequente Spannung von ungefähr 1000 Volt, um ein Plasma innerhalb der Reaktionskammer 3 zu erzeugen, um somit eine zerstäubte Schicht auf dem Substrat 6 auszubilden. Zu dieser Zeit hält das Isolationselement 11 die Isolation zwischen der Schutzplatte 10 und dem Target 1 und der Trägerplatte 2 aufrecht. Die Schutzplatte 10 funktio niert als eine isolierte Abschirmung, so dass das Plasma auf dem Target 1 erzeugt wird. Darüber hinaus werden Zerstäubungsteilchen, die auf andere Teile als das Substrat 6 zerstäubt werden, auf der Schutzplatte 10 abgelagert.
Bei der oben beschriebenen Konfiguration wird jedoch unvorteilhafterweise eine Schicht 12 auch auf den Seitenflächen des Isolationselements 11 der Target-Halterung, die sich in Kontakt mit dem Target 1 oder der Trägerplatte 2 befindet, abgelagert, wie das in 8 gezeigt ist. Somit reduziert eine während längerer Zeit stattfindende Ablagerung einer Schicht den Isolationswiderstand zwischen der Target-Halterung und dem Target 1 und der Trägerplatte 2, was ein Phänomen der anomalen Entladung, zum Beispiel eine Bogenentladung oder einen Zusammenbruch der Entladung, bewirkt und weiter zu einer Ablagerung von Fremdmaterial auf dem Substrat oder zu einer ungleichmäßigen Schichtdicke führt. Somit ist es wichtig, eine stabile Entladung zu erzielen, um die Funktion der Ausrüstung oder die Qualität eines Produkts zu verbessern.
Die Druckschrift US 4,897,172 A offenbart bezugnehmend auf die 7 und 8, dass ein Isolationselement 15 als „target ground shield" vorgesehen ist. Da also das Isolationselement 15 der Isolation der Kathode 13 gegen den geerdeten Flansch 12 dient, muss es eigentlich als an die Kathode angrenzend gezeichnet werden, das heißt, die Kathode 13 mit dem Target 14 muss so weit nach rechts verschoben werden, bis der in den 7 und 8 gezeichnete Spalt zwischen Kathode 13 und Isolationselement 15 verschwindet. In der so entstehenden Anordnung kann die Ausbildung einer zusammenhängenden Ablagerungsschicht nicht verhindert werden.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ausbildung einer zusammenhängenden Ablagerungsschicht zu verhindern, welche zu einer Überbrückung des Isolationselementes 11 führt. Alternative Lösungen bei denen das Iso lationselement durch eine besondere Lage innerhalb der Gesamtanordnung gegen die Ausbildung einer Ablagerungsschicht geschützt ist, werden durch die in den nächsten beiden Abschnitten aufgeführten Druckschriften offenbart. Durch die Notwendigkeit einer Berücksichtigung der Gesamtanordnung sind diese Lösungen allerdings konstruktiv aufwendig.
Die Druckschrift US 5,736,021 A offenbart bezugnehmend auf die 2 und 3, dass der untere Teil 50 der Wand der Reaktionskammer 14 von der Trägerplatte 40 durch das Isolationselement 26 elektrisch getrennt ist. Ferner ist die auf freiem Potential liegende Schutzplatte 62 von der geerdeten Schutzplatte 30 durch das Isolationselement 60 elektrisch getrennt. Dabei werden Ablagerungen auf den beiden Isolationselementen 26 und 60 verhindert, indem die Form der auf freiem Potential liegenden Schutzplatte 62 entsprechend ausgeführt wird.
Die Druckschrift US 5,538,603 A offenbart bezugnehmend auf die 2, 3 und 4, dass die Trägerplatte 11 (hier identisch mit dem Target) von der geerdeten Wand der Reaktionskammer 6 und der geerdeten Schutzplatte 31 durch das Isolationselement 8 elektrisch getrennt ist. Dabei werden Ablagerungen auf dem Isolationselement 8 verhindert, indem es tief genug in den Spalt zwischen der Trägerplatte 11 und der Schutzplatte 31 zurückgezogen wird.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme, auf die man beim Stand der Technik stößt, durchgeführt. Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Zerstäubungsvorrichtung für die Verwendung bei einer Ablagerung einer Dünnschicht bereit zu stellen, bei der die Funktion der Ausrüstung oder die Qualität eines Produkts verbessert werden können, indem eine anomale Entladung, die zwischen einem Target und einer Trägerplatte und einer Target-Halterung auftritt, verhindert wird.
Im Allgemeinen verteilen sich in einer Zerstäubungsvorrichtung Zerstäubungsteilchen, die von einer Oberfläche eines Targets ausgestoßen werden, innerhalb der Reaktionskammer im wesentlichen linear. Wenn die zerstäubten Teilchen gegen die Oberfläche eines Objekts stoßen, so springen einige der angestoßenen Teilchen und verstreuen sich weiter. Unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Springens und Verstreuens scheint es, dass die Zerstäubungsteilchen sich sogar an tieferen Abschnitten der linearen Wege, die sich vom Target erstrecken, aber in einer ziemlich reduzierten Menge verteilen. In Anbetracht dessen wird eine Ausnehmung am Isolationselement derart ausgebildet, dass keine unvorteilhafte Ablagerungsschicht durch das Zerstäuben kontinuierlich auf dem Isolationselement einer Target-Halterung ausgebildet wird. Auf diese Weise wird kaum eine Schicht innerhalb der Ausnehmung ausgebildet, was jegliche Verminderung der Zerstäubungsteilchen, die durch das oben beschriebene Springen und Verteilen verursacht wird, verhindert, was die Menge der abgesetzten Teilchen pro Flächeneinheit vermindert, da die gesamte Fläche der inneren Oberfläche der Ausnehmung im Vergleich zu dem Fall, bei dem keine Ausnehmung ausgebildet ist, erhöht wird, und was weiter die Menge der abgesetzten Teilchen reduziert, da die Innenseite der Ausnehmung sich relativ weit entfernt von einem Target befindet. Der nicht kontinuierliche Zustand der abgesetzten Schicht wird durch ein Isolationselement, das eine Ausnehmung in einer bevorzugten Ausführungsform aufweist, verstärkt.
Eine Zerstäubungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in der oben beschriebenen Art ersonnen wurde, ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer Target-Halterung, die auch als eine isolierte Abschirmung und eine Schutzplatte dient, eine Ausnehmung, noch besser eine Ausnehmung, die aus zwei oder mehr Stufen, die unterschiedliche Tiefen aufweisen, besteht, in einem Isolationselement, das sich im Kontakt mit einem Target oder einer Trägerplatte befindet, ausgebildet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine anomale Entladung zwischen dem Target und der Trägerplatte und der Target-Halterung zu unterdrücken, um somit die Wartungshäufigkeit der Ausrüstung zu reduzieren und die Funktionsfähigkeit zu verbessern. Darüberhinaus ist es möglich, die Ausbildung von Löchern, die Ablagerung von fremden Materialien oder dergleichen zu reduzieren, indem die Entladung stabilisiert wird, um somit eine gleichförmige Schichtdicke zu erzielen und die Qualität eines Produkts zu verbessern.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Innenseite einer Reaktionskammer in einer Zerstäubungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Zerstäubungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Target-Halterung in der Zerstäubungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Target-Halterung in der Zerstäubungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Ansicht, die eine Schicht zeigt, die auf der Target-Halterung in der Zerstäubungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung abgelagert wird;
6 ist eine Ansicht, die eine Schicht zeigt, die auf der Target-Halterung in der Zerstäubungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung abgelagert wird;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Zerstäubungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigt; und
8 ist eine Ansicht, die eine Schicht zeigt, der auf einer Target-Halterung bei der Zerstäubungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik abgesetzt wird.
Eine Art und Weise der Ausführung einer Zerstäubungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die das Innere einer Reaktionskammer in einer Zerstäubungsvorrichtung für eine Anwendung bei einer Ablagerung einer Dünnschicht zeigt, und 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Reaktionskammer zeigt, in der die Komponenten außerhalb der Reaktionskammer nur schematisch dargestellt sind. Die 3 und 4 sind eine perspektivische Ansicht beziehungsweise eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Target-Halterung in der Zerstäubungsvorrichtung zeigen. Die Konfiguration ist mit Ausnahme der Form eines Isolationselements 11 der Target-Halterung dieselbe, wie sie anhand des Standes der Technik erläutert wurde, und somit kann diese zur Unterstützung herangezogen werden. In 4 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Target, wie in den 1 und 2; die Bezugszahl 2 bezeichnet eine Trägerplatte, wie in den 1 und 2; und die Bezugszahl 11 bezeichnet das Isolationselement als ein Teil der Target-Halterung, wie in den 1 und 2.
Hier ist das Isolationselement 11, das aus Teflon besteht, im Unterschied zum Stand der Technik mit einer zweistufigen Ausnehmung, die von der Seite des Targets aus herausgeschnitten ist, wie das in den 3 und 4 gezeigt ist, ausgebildet. In 4 wird eine Distanz (e) von der Endfläche des Targets 1 zur Innenendfläche des Isolationselements 11 so ausge bildet, dass sie jede Glühentladung oder Lichtbogenentladung sogar dann verhindert, wenn eine Metallschicht auf der Innenendfläche des Isolationselements 11 abgelagert wird. Insbesondere ist es wünschenswert, dass die Distanz (e) ungefähr 2,2 mm ± 0,7 mm beträgt. Bei der Art, wie die vorliegende Erfindung ausgeführt wird, ist eine erste Stufenausnehmung (b) ausgebildet, um jeden Kontakt einer Schutzplatte 10 mit der Trägerplatte 2 zu verhindern, wobei eine Distanz von der Trägerplatte 2 zu einer Oberfläche, die zur Trägerplatte 2 weist, derart festgelegt wird, dass jegliche Glühentladung oder Lichtbogenentladung sogar dann verhindert wird, wenn eine Schicht eindringt und sich absetzt. Insbesondere ist es wünschenswert, dass die Distanz 2,1 mm ± 1,1 mm beträgt. Es kann jedoch sein, dass die Schicht oft durch einen Zerstäubungsdruck in ausgeprägter Weise abgelagert wird. In einem solchen Fall kann die Distanz auf einen Wert von 0,5 mm festgelegt werden. Darüber hinaus wird eine zweite Stufenausnehmung(a), die eine andere Tiefe aufweist, ausgebildet, um jeglichen Kurschluss mit der Trägerplatte 2 sogar dann zu verhindern, wenn eine Schicht auf der ersten Stufenausnehmung (b) des Isolationselements 11 abgelagert wird. Hier ist es wünschenswert, dass die Entfernung von der ersten Stufenausnehmung 0,5 mm oder mehr beträgt, um jegliche Ablagerung einer Schicht zu verhindern. Zusätzlich ist es wünschenswert, dass die Distanz (d) von der ersten Stufenausnehmung des Isolationselements 11 an einer Oberfläche, die zur Trägerplatte 2 zeigt, 2 mm oder mehr beträgt, so dass keine Schicht an einer Oberfläche (c) der zweiten Stufenausnehmung, die zur Trägerplatte 2 zeigt, abgelagert wird. Zusätzlich beträgt die Distanz (c) der zweiten Stufenausnehmung des Isolationselements 11 an einer Oberfläche, die zur Trägerplatte 2 zeigt, wünschenswerterweise 0,5 mm oder mehr, so dass eine solche Isolation vollständig ohne jegliche Ablagerung einer Schicht aufrecht gehalten werden kann.
Es erfolgt eine Beschreibung des Betriebs der oben beschriebenen Konfiguration. Zuerst saugt eine Evakuierpumpe 8 die Atmosphäre innerhalb der Reaktionskammer 3 so weit ab, dass ein Vakuum von ungefähr 10^–5 Pa entsteht. Als nächstes führt ein Gaszuführsystem 9 Argongas in die Reaktionskammer 3, so dass der Druck auf einen Wert des Vakuums von ungefähr 0,67 Pa eingestellt wird. Eine Leistungsquelle 7 liefert eine Gleichspannung oder eine hochfrequente Spannung von ungefähr 1000 V, um ein Plasma innerhalb der Reaktionskammer 3 zu erzeugen, um somit eine zerstäubte Schicht auf einem Substrat 6 auszubilden. Zu dieser Zeit hält das Isolationselement 11 die Isolation zwischen der Schutzplatte 10 und dem Target 1 und der Trägerplatte 2 aufrecht. Die Schutzplatte 10 funktioniert als eine isolierte Abschirmung, so dass Plasma auf dem Target 1 erzeugt wird. Darüber hinaus werden Zerstäubungsteilchen, die auf andere Teile als das Substrat 6 spritzen, auf der Schutzplatte 10 abgelagert.
Sogar wenn jedoch eine Schicht 12 auf dem Isolationselement 11 der Target-Halterung dann abgelagert wird, wenn die Zerstäubung während einer langen Zeitdauer durchgeführt wird, wie das in 5 gezeigt ist, so liefert die Ausbildung der Ausnehmung im Isolationselement 11 die Distanz (e) oder (b) zwischen dem Isolationselement 11 und dem Target 1 oder der Trägerplatte 2, um somit jeglichen Kontakt und jeglichen Kurzschluss zu verhindern. Weiterhin wird, da nur eine kleine Ablagerung der Schicht 12 auf der zweiten Stufenausnehmung des Isolationselements 11 erfolgt, die Schicht 12 in einer nicht kontinuierlichen Weise ausgebildet, um somit vollständig jeglichen Kurzschluss zu verhindern. Zusätzlich wird die Distanz zwischen dem Isolationselement 11 und dem Target 1 oder der Trägerplatte 2 so festgelegt, dass jede Glühentladung oder jede Lichtbogenentladung verhindert wird, so dass sogar dann, wenn die Schicht 12 abgelagert wird, keine anomale Entladung erfolgt.
Übrigens kann auch in dem Fall, bei dem keine zweistufige Ausnehmung sondern nur eine Ausnehmung in Form einer Stufe, die einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, ausgebildet wird, wie das in 6 gezeigt ist, die Isolation aufrecht erhalten werden.
Ansonsten kann die Isolation auch in dem Fall aufrecht erhalten werden, bei dem die Ausnehmung nicht mit einem rechteckigen sondern mit einem dreieckigen Querschnitt ausgebildet wird, wobei der Scheitel des Dreiecks nach außen zeigt.
Unter der Berücksichtigung, dass die Ausnehmung im Isolationselement 11, das aus Teflon besteht, durch eine mechanische Bearbeitung ausgebildet wird, werden die zweistufige Ausnehmung, die einstufige Ausnehmung und die dreieckförmige Ausnehmung in einem Teil ausgebildet, der sich in der oben beschriebenen Ausführungsform in Kontakt mit der Trägerplatte 2 befindet, so dass eine leichtere Bearbeitung erfolgen kann. Es wird jedoch verständlich, dass die Ausnehmung nicht auf den oben beschriebenen Teil beschränkt ist, sondern dass sie auch am mittleren Teil des Isolationselements ausgebildet werden kann.
Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform die Ausnehmung im Isolationselement der Target-Halterung in Kontakt mit der Trägerplatte ausgebildet ist, so kann zusätzlich eine Ausnehmung in einem Isolationsteil der Target-Halterung, der sich in Kontakt mit einem Target befindet, ausgebildet werden, wenn es sich bei der Zerstäubungsvorrichtung um eine (nicht gezeigte) Vorrichtung handelt, bei der das Target und die Trägerplatte miteinander vereinigt sind.

Claims

Zerstäubungsvorrichtung, umfassend: eine Reaktionskammer (3), innerhalb welcher Atmosphäre mit reduziertem Druck aufrechterhalten wird; eine Evakuierpumpe (8), die das Innere der Reaktionskammer evakuiert; ein Gaszuführsystem (9), das Gas in die Reaktionskammer liefert; einen Substrathalter (5), der in der Reaktionskammer (3) angeordnet ist, um auf ihm ein Substrat (6), das mit Plasma behandelt werden soll, zu montieren; eine Kathode (4), die gegenüber dem Substrat (6) angeordnet ist und ein Target (1) trägt, von welchem im Betrieb Zerstäubungsteilchen abgelöst werden; eine Leistungsquelle (7), die eine Spannung an die Kathode (4) liefert; eine Schutzplatte (10), die entlang dem Umfang des Substrats (6) angeordnet ist; und ein Isolationselement (11), das zwischen der Kathode (4) und der Schutzplatte (10) angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, dass der mit der Atmosphäre im Inneren der Reaktionskammer (3) in Kontakt stehende Teil der Oberfläche des Isolationselementes (11) eine umlaufende Ausnehmung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass ein dem Target (1) zugewandter umlaufender Kantenbereich eine dahinterliegende Fläche gegen die Zerstäubungsteilchen abschattet.
Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausnehmung einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausnehmung einen dreieckförmigen Querschnitt aufweist.
Zerstäubungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausnehmung eine Hinterschneidung aufweist.