DE3835153A1

DE3835153A1 - Vorrichtung zum aetzen von substraten durch eine glimmentladung

Info

Publication number: DE3835153A1
Application number: DE3835153A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr Latz; Thomas Martens
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1988-10-15
Filing date: 1988-10-15
Publication date: 1990-04-26
Also published as: US4954201A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ätzen von Substraten durch eine Glimmentladung im Vakuum, enthaltend eine Vakuumkammer, einen Substratträger, eine dem Sub stratträger bzw. den Substraten gegenüber angeordnete Elektrode sowie einen Hochfrequenzerzeuger mit einer Aus gangsfrequenz oberhalb von 100 kHz, vorzugsweise zwischen 1 und 50 MHz, der einerseits dem Substratträger und ande rerseits der Elektrode aufgeschaltet ist, wobei die dem Substratträger gegenüberliegende von einem topfförmigen, geerdeten Schirm zumindest teilweise umschlossenene Elek trode in der Randzone mit einem auf gleichen Potential liegenden Vorsprung versehen ist, der den Raum zwischen der Elektrode und dem Substrat bzw. Substratträger bis auf einen Spalt überbrückt, derart, daß die Glimmentladung auf den Raum zwischen Substrat und Elektrode begrenzbar ist.

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 Sub stratträger, sondern auch die ebenfalls geerdeten Kammer wände. Durch diese erheblichen Flächenunterschiede tritt an der zu zerstäubenden Elektrode eine wesentlich größere Ladungsdichte auf, die auf die unterschiedliche Beweglich keit der Ladungsträger im elektrischen Feld zurückzuführen ist.

Begrenzung der Glimmentladung auf den unmittelbaren Bereich zwischen Kathode und Anode und infolgedessen zur Erzielung einer hohen und gleichförmigen Niederschlagsrate wurde bereits in der DE-OS 21 15 590 vorgeschlagen, die Kathode in der Randzone mit einem Vorsprung zu versehen, der den Raum zwischen einem scheibenförmigen Teil der Kathode und dem Substratträger bis auf einen Spalt über brückt, der dort 5 mm beträgt. Die betreffende Vorrichtung ist jedoch aufgrund der Auslegung der Stromversorgungsein richtung ausschließlich zum Beschichten der Substrate und nicht zum Ätzen geeignet. Bei der vorgeschlagenen Anord nung war erstmals die geerdete Elektrode (Substratfläche, Substratträger) kleiner als die Fläche der Gegenelektrode (Target).

Beim Stand der Technik mußten zum Ätzen einerseits und Beschichten andererseits jeweils unterschiedliche Vorrich tungen verwendet werden. Doch selbst im Falle einer Inte gration zweier solcher Systeme in eine einzige Vakuuman lage hätte durch zusätzliche Isolationsmaßnahmen, Abschir mungen sowie unterschiedliche Impedanzanpassungsnetzwerke für eine völlige Trennung der elektrischen Einrichtungen Sorge getragen werden müssen. Denn während beim Kathoden zerstäubungsverfahren Material der Kathode unter dem Ein fluß 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 eig net sich beispielsweise für die Herstellung von integrier ten Schaltungen, wobei durch bekannte Techniken die Anwen dung von Masken und entsprechenden Fotolackschichten ein Muster auf dem Substrat erzeugt werden kann.

Die bekannte Umpolung von Kathode und Substrat (Anode) führt dadurch, daß das Substrat und dessen Träger zur Kathode werden, zu einer guten Ätzwirkung, bedingt aber bezüglich der vorrichtungsseitigen Maßnahmen einen erheb lichen Aufwand, und zwar dann, wenn Substrate in konti nuierlich 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 Sub straten, die beispielsweise auf einem Rundtisch angeordnet sind und nachfolgend durch verschiedene Bearbeitungs stationen innerhalb der gleichen oder unterschiedlicher Vakuumkammern geführt werden, wäre ein solcher Polaritäts wechsel äußerst aufwendig.

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Ätzen von Substraten durch eine Glimmentladung im Vakuum bekannt (DE 22 41 229), enthaltend eine Vakuumkammer, einen Substratträger, eine Elektrode sowie einen Hochfrequenzerzeuger mit einer Ausgangsfrequenz oberhalb von 100 kHz, der einerseits dem Substratträger und andererseits der Elektrode aufgeschal tet ist. Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch noch den Nachteil, daß beim Ätzen von Silicium-Wafern eine nur befriedigende Gleichmäßigkeit der Ätzung erzielbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Gleichmäßigkeit der Ätzung zu verbessern, insbesondere bei Substraten unterschiedlicher Größe und darüber hinaus auch den für das Dioden-Sputtern typische Ätzgraben am Rand zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß am umlaufenden unteren Rand des etwa zylindrischen Vorsprungs der Diode ein sich in einer zum Substrat parallelen Ebene radial nach innen zu erstreckender Blendenring vorgesehen ist, wobei der topfförmige Schirm einen Ring aus elek trisch isolierendem Werkstoff aufweist, der sich von seiner den Vorsprung der Elektrode übergreifenden Rand partie aus radial nach innen zu, in einer zum Substrat parallelen Ebene, bis nahe an den Außenrand des Substrats erstreckt.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglich keiten zu; eine davon ist in der anhängenden Zeichnung rein schematisch wiedergegeben, die den Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Ätzen von Substraten durch eine Glimmentladung zeigt.

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 nichtdargestellte Vakuumpumpen evakuierbar ist. Über eine weitere Leitung 15 mit einem Dosierventil 16 wird ein für den Ätzprozeß geeignetes Inertgas, beispielsweise Argon, zugeführt.

In der Vakuumkammer 13 ist ein Substratträger 17 angeord net, auf dem das zu ätzende Substrat 18 ruht. Oberhalb des Substratträgers ist an einer gleichzeitig als Stromzufüh rung dienenden Haltestange 19 eine Elektrode 20 ange bracht, die aus einem scheibenförmigen Teil 21 und einem zylindrischen Vorsprung 22 besteht, der gleichzeitig den Rand der Elektrode bildet. Der scheibenförmige Teil 21 hat einen Abstand von der Oberfläche des Substrats 18, wie er auch bei herkömmlichen Anlagen zur Kathodenzerstäubung anzutreffen ist. Der zylindrische Vorsprung 22 überbrückt den Abstand zwischen scheibenförmigem Teil 21 und Sub strat 18 bis auf einen geringen Spalt b. Hieraus errechnet sich eine Höhe des zylindrischen Vorsprungs. Die Elektrode 20 und deren Haltestange 19 sind auf ihrer gesamten, im Vakuum befindlichen Außenfläche von einem geerdeten Schirm 23 umgeben, der verhindert, daß die Glimmhaut die betref fenden Oberflächenteile überzieht. Eine Stromversorgungs einrichtung ist mit 24 bezeichnet. Sie besteht aus einem Hochfrequenzerzeuger, dessen Frequenz zwischen 10 und 15 MHz einstellbar ist.

Der geerdete Schirm 23 ist im Bereich seines unteren um laufenden Randes mit einem Blendenring 25 verbunden, der sich flanschförmig in einer horizontalen Ebene nach innen zu erstreckt, und zwar in einer Ebene, in der auch das Substrat 18 gehalten ist. Der an der Randpartie 29 des geerdeten Schirms 23 befestigte Blendenring 25 seinerseits ist wiederum mit einem kreisringförmigen Isolatorring 26 verbunden, dessen radial innenliegender Rand 27 nur einen geringen Abstand c zur Randpartie 30 des Substrats 18 auf weist. Die topfförmige Anode 20 bzw. deren zylindrischer Vorsprung 22 ist mit einem Blendenring 28 versehen, der an der umlaufenden unteren Kante des Vorsprungs 22 befe stigt ist und sich in einer Ebene erstreckt, die parallel zur Ebene des Blendenrings 25 des geerdeten Schirms 23 vorgesehen ist.

Unterhalb des Substratträgers 17 ist eine kreisringförmige Abschirmplatte 33 gehalten, auf der sich der mit einer zentralen Öffnung versehene Substratträger 17 abstützt. Um einen sicheren Gasaustausch zwischen den einzelnen Räumen zu gewährleisten, sind sowohl der zylindrische Vorsprung 22 der Elektrode 21 als auch der Schirm 23 mit Löchern oder Ausnehmungen 31, 31′, ... bzw. 32, 32′, ... versehen.

Zweckmäßigerweise ist der kreisringförmig ausgebildete Anoden-Blendenring 28 hinsichtlich seiner lichten Weite bzw. seines Innendurchmessers d der Größe bzw. dem Durch messer D des Substrats 18 anpaßbar oder austauschbar. Auch der Target-Ringeinsatz oder Isolatorring 26 (aus elek trisch nichtleitendem Werkstoff) ist am Blendenring 25 lösbar befestigt, so daß er gegen einen Isolatorring mit anderem Innendurchmesser E austauschbar ist.

Schließlich ist auch die Dunkelraum-Abschirmblende bzw. der Blendenring 25 gegen einen anders dimensionierten austauschbar, damit der für das Anoden-Sputtern typische Ätzrandgraben vom Substrat 18 auf den Isolatorring 26 verlagerbar ist.

Das in der Zeichnung dargestellte Substrat ist beispiels weise ein Silicium-Wafer mit einem Durchmesser von 150 mm. Der Isolatorring hat in diesem Falle eine Breite B von 15 bis 20 mm.

Auflistung der Einzelteile

10 Basisplatte
11 Glocke
12 Rundschnurdichtung
13 Vakuumkammer
14 Leitung
15 Leitung
16 Dosierventil
17 Subtratträger
18 Substrat
19 Haltestange
20 Elektrode
21 scheibenförmiges Teil der Elektrode
22 zylindrischer Vorsprung der Elektrode
23 geerdeter Schirm
24 HF-Stromversorgungseinrichtung mit Anpassungsnetzwerk
25 Blendenring
26 Isolatorring
27 radial innerer Rand
28 Blendenring
29 Randpartie des geerdeten Schirms
30 Außenrand des Substrats
31, 31′, 31′′, . . . Ausnehmung
32, 32′, 32′′, . . . Ausnehmung
33 Abschirmplatte

Claims

1. Vorrichtung zum Ätzen von Substraten (18) durch eine Glimmentladung im Vakuum, enthaltend eine Vakuumkam mer (13), einen Substratträger (17), eine dem Sub stratträger bzw. den Substraten gegenüber angeordnete Elektrode (20, 21, 22, 28) sowie einen Hochfrequenz erzeuger (24) mit einer Ausgangsfrequenz oberhalb von 100 Hz, vorzugsweise zwischen 1 und 50 MHz, der einerseits dem Substratträger (17) und andererseits der Elektrode (20, 21, 22, 28) aufgeschaltet ist, wo bei die dem Substratträger (17) gegenüberliegende, von einem topfförmigen, geerdeten Schirm (23) zumin dest teilweise umschlossenen Elektrode (20) in der Randzone einem auf gleichen Potential liegenden Vor sprung (22) versehen ist, der den Raum zwischen der Elektrode (20) und dem Substrat (18) bzw. Substrat träger (17) bis auf einen Spalt (b) überbrückt, der art, daß die Glimmentladung auf den Raum zwischen Substrat (18) und Elektrode (20, 21, 22) begrenzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß am umlaufenden unteren Rand des etwa zylindrischen Vorsprungs (22) der Diode (20) ein sich in einer zum Substrat (18) parallelen Ebene radial nach innen zu erstreckender Blendenring (28) vorgesehen ist, wobei der topfförmi ge Schirm (23) einen Ring (26) aus elektrisch isolie rendem Werkstoff aufweist, der sich von seiner den Vorsprung (22) der Elektrode (20) übergreifenden Randpartie (29) aus radial nach innen zu, in einer zum Substrat (18) parallelen Ebene, bis nahe an den Außenrand (30) des Substrats (18) erstreckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolatorring (26) Teil eines Blendenrings (25) ist, der seinerseits von der unteren Randpartie (29) des geerdeten Schirms (23) gehalten ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blendenring (25) und der Isolatorring (26) einerseits und der von der Anode (19 bis 22) gehaltene Blendenring (28) andererseits in zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind, wo bei der Abstand (b) dieser beiden Ebenen voneinander wenige Millimeter beträgt.

4. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) des Isola torrings (26) etwa 15 bis 20 mm beträgt, wobei der Blendenring (28) mit der Breite (F) den Isolatorring (26) teilweise überdeckt.

5. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorsprung (22) und im geerdeten Schirm (23) gegeneinander versetzte Ausneh mungen (31, 32) mit einer lichten Weite zwischen 5 bis 10 mm vorgesehen sind, die einen Gasaustausch gewährleisten.

6. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar unterhalb des Substratträgers (17) ein geerdetes Abschirm- und Zündblech (33) angebracht ist, um insbesondere bei einem mit Öffnungen versehenen Substratträger das Brennen eines Zusatzplasmas hinter dem Substrat (18) zu vermeiden.