DE102007051444B4

DE102007051444B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Trockenätzen von kontinuierlich bewegten Materialien

Info

Publication number: DE102007051444B4
Application number: DE200710051444
Authority: DE
Inventors: Jörg Faber; Carsten Deus
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: DE102007051444A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum plasmaunterstützten Trockenätzen von Substraten umfasst eine Vakuumkammer mit einem darin angeordneten Substratraum 7 und einem an den Substratraum 7 angrenzenden Plasmaraum 8 mit Mitteln zur Erzeugung eines elektrischen Feldes 1, 2 und Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes 4, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes 1, 2 so ausgeführt sind, dass die elektrischen Feldlinien im Plasmaraum 8 nahe der Grenze zum Substratraum 7 in einem geschlossenen (ringförmigen) Bereich im Wesentlichen in Wirkrichtung verlaufen und dass die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes 4 so ausgeführt sind, dass die magnetischen Feldlinien im Plasmaraum 8 nahe der Grenze zum Substratraum 7 im Wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trockenätzen von kontinuierlich bewegten Substraten.
Zur Reinigung und Vorbehandlung von Substraten im Vakuum sind verschiedene Trockenätzverfahren bekannt, beispielsweise Ionenstrahlätzen oder Sputterätzen, die unter dem Oberbegriff plasmaunterstütztes Ätzen zusammengefasst werden können. Geladene Teilchen eines Plasmas werden in Richtung des Substrats gelenkt, aus dessen Oberfläche durch den Impuls der auftreffenden Teilchen substrateigene Teilchen gelöst werden und so ein Materialabtrag am Substrat erzielt wird. Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Verfahrensvarianten besteht darin, dass beim Ionenstrahlätzen das Plasma in einem separaten, vom Substratraum getrennten Raum brennt, während beim Sputterätzen das Plasma im Substratraum selbst erzeugt wird.
Sputterätzen und Ionenstrahlätzen sind rein physikalische Verfahren, bei denen das Substrat mit inerten Ionen beschossen wird. Im Gegensatz dazu gibt es auch rein chemische und physikalisch-chemische Verfahren, bei denen reaktive Ionen oder/und Radikale am Ätzangriff auf das Substrat beteiligt sind.
Eine bekannte Vorrichtung zum Magnetron-Sputterätzen bandförmiger Substrate ist in 1 dargestellt. Das bandförmige Substrat 5 wird auf einer durch Führungsrollen 6 gebildeten Transporteinrichtung durch den Substratraum 7 bewegt. Oberhalb des Substrats 5 ist eine Anode 2 angeordnet, die auf positivem Hochspannungspotential liegt und die von einer geerdeten Dunkelfeldabschirmung 9 umgeben ist. Das Substrat 5 liegt auf Erdpotential und stellt damit die Kathode 1 der Anordnung dar. Unterhalb des Substrats 5 ist ein Magnetsystem 4 angeordnet, dessen magnetisches Feld das Substrat 5 durchdringt, so dass die Magnetronentladung direkt auf der der Anode 2 zugewandten Oberfläche des Substrats 5 brennt, wobei die Magnetfeldlinien in diesem Bereich senkrecht auf den elektrischen Feldlinien stehen, so dass ein torusförmig konzentriertes Plasma 3 erzeugt wird. Die im Plasma 3 enthaltenen Ionen werden auf die Oberfläche des Substrats 5 beschleunigt, so dass Kontaminationsschichten von dieser Oberfläche abgetragen werden.
Die dargestellte Vorrichtung eignet sich zum Ätzen von Bändern aus leitfähigem Material. Sie hat jedoch auch eine Reihe von Nachteilen, wobei besonders die Störanfälligkeit der Magnetronentladung bei isolierenden Kontaminationsschichten, die konstruktiv aufwendige Substratführung, die besonders bei magnetischem Substratmaterial begrenzte Substratdicke, das Problem der Anpassung der Entladungsgeometrie an verschiedene Substratbreiten und die Bedeckung der Anode mit abgetragenem Material zu nennen sind. Außerdem setzt das Verfahren eine flächige, geschlossene Oberfläche voraus.
2 zeigt eine bekannte Vorrichtung zum Ionenstrahlätzen von stückigen Substraten 5. Die auf einem Substrathalter 6 gelagerten Substrate 5 befinden sich in einem Substratraum 7. Durch ein Beschleunigungsgitter 10 vom Substratraum 7 abgetrennt wird in einem Plasmaraum 8 zwischen einer Kathode 1 und einer ringförmigen Anode 2 ein elektrisches Feld erzeugt, das ein (nicht dargestelltes) Prozessgas in den Plasmazustand 3 versetzt. Der Plasmaraum 8 ist so von einer Magnetfeldspule 4 umschlossen, dass die durch sie erzeugten Magnetfeldlinien im Plasmaraum 8 senkrecht auf den radial verlaufenden elektrischen Feldlinien stehen, so dass die Plasmabildung durch die resultierende Lorentzkraft, die auf die Plasmateilchen 3 tangential einwirkt, verstärkt wird. Die im Plasma 3 enthaltenen Ionen werden durch das Beschleunigungsgitter 10 extrahiert und in Richtung auf die Substrate 5 beschleunigt. Beim Auftreffen der Ionen auf die Substrate 5 wird der gewünschte Ätzangriff erzielt.
Die dargestellte Vorrichtung eignet sich zum Ätzen von Substraten aus isolierendem Material oder stückigen Substraten, wobei aber der erreichbare Materialabtrag im Vergleich zum Magnetron-Sputterätzen mindestens um den Faktor 10 bis 100 niedriger ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die Vorteile des Magnetron-Sputterätzens, insbesondere die hohe Ionenausbeute, bei der Bereitstellung von Ionen für Vorbehandlungsprozesse an beliebig geformten, kontinuierlich bewegten, leitfähigen oder isolierenden Substraten zu nutzen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum plasmaunterstützten Trockenätzen von Substraten, bei dem ein Substrat in einem Substratraum einer Vakuumkammer angeordnet wird, in einem an den Substratraum angrenzenden Plasmaraum der Vakuumkammer in dem durch Überlagerung eines elektrischen Feldes mit einem magnetischen Feld ein positiv geladene Ladungsträger enthaltendes Plasma erzeugt wird, die Ladungsträger im Plasma in die Wirkrichtung, d. h. auf das Substrat zu, beschleunigt und aus dem Plasmaraum extrahiert werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld so erzeugt wird, dass die elektrischen Feldlinien im Plasmaraum nahe der Grenze zum Substratraum, die beispielsweise durch eine durchbrochene Kathode (Siebkathode oder Lochkathode) gebildet sein kann, im Wesentlichen in Wirkrichtung verlaufen und dass das magnetische Feld so erzeugt wird, dass die magnetischen Feldlinien im Plasmaraum nahe der Grenze zum Substratraum in einem geschlossenen ringförmigen Bereich im Wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung verlaufen, so dass die Magnetronentladung ringförmig auf der zu behandelnden Oberfläche des Substrats brennt.
Das erfindungsgemäße Verfahren vereint die Vorteile des Ionenstrahlätzens mit denen des Sputterätzens, d. h. es wird ein Ätzangriff mit großer Ionenstromdichte und hoher Sputterausbeute, d. h. mit hoher Ätzrate, erzielt. Weitere Vorteile lassen sich durch eine Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der gleichzeitigen Bedampfung des Substrats erzielen, da hierdurch ein plasmaaktivierter Bedampfungsprozess geschaffen wird, der eine besonders hohe Bedampfungsrate erreicht.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die nachfolgend beschriebene Vorrichtung vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum plasmaunterstützten Trockenätzen von Substraten umfasst eine Vakuumkammer mit einem darin angeordneten Substratraum und einem an den Substratraum angrenzenden Plasmaraum mit Mitteln zur Erzeugung eines elektrischen Feldes und Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes so ausgeführt sind, dass die elektrischen Feldlinien im Plasmaraum nahe der Grenze zum Substratraum, die beispielsweise durch die durchbrochene Kathode (Siebkathode oder Lochkathode) gebildet sein kann, im Wesentlichen in Wirkrichtung verlaufen und dass die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes so ausgeführt sind, dass die magnetischen Feldlinien im Plasmaraum nahe der Grenze zum Substratraum in einem geschlossenen ringförmigen Bereich im Wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung verlaufen, so dass die Magnetronentladung ringförmig auf der zu behandelnden Oberfläche des Substrats brennt.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Wirkrichtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats gewählt wird. In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Wirkrichtung schräg zur Oberfläche des Substrats gewählt wird. Dadurch können bei bestimmten Ätzprozessen höhere Ätzraten als bei senkrechtem Beschuss des Substrats mit Ladungsträgern erzielt werden.
Hierfür kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes und die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes so angeordnet sind, dass die Wirkrichtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats verläuft bzw. dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes und die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes so angeordnet sind, dass die Wirkrichtung schräg zur Oberfläche des Substrats verläuft.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist hingegen vorgesehen, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes oder/und die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes beweglich so gelagert sind, dass die Wirkrichtung auf einen vorgebbaren Wert einstellbar ist, so dass die Vorrichtung für wechselnde Anforderungen hinsichtlich der Wirkrichtung des Ätzangriffs verwendbar ist.
Vorteilhaft ist das Verfahren so ausgestaltet, dass zur Erzeugung des elektrischen Feldes in der Grenzfläche zwischen Plasmaraum und Substratraum eine Siebkathode angeordnet wird. Diese Anordnung einer Siebkathode stellt einerseits sicher, dass die elektrischen Feldlinien im Plasmaraum nahe der Grenze zum Substratraum im Wesentlichen in Wirkrichtung verlaufen. Andererseits wird durch eine derartige Siebkathode die Extraktion der Ladungsträger aus dem Plasmaraum begünstigt.
Um dies zu ermöglichen, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes eine in der Grenzfläche zwischen Plasmaraum und Substratraum angeordnete Siebkathode umfassen.
Zur Verlängerung der Intervalle, nach denen eine solche Siebkathode ausgewechselt werden muss, weil sie durch den ständigen Beschuss mit Ladungsträgern beschädigt ist, ist es möglich, das Verfahren so auszugestalten, dass die Siebkathode in der Grenzfläche bewegt wird. Hierzu ist bei der Vorrichtung die Siebkathode in der Grenzfläche bewegbar gelagert. Dadurch wird ständig neues Siebkathodenmaterial nachgeführt, so dass der Verschleiß der Siebkathode insgesamt verlangsamt wird und die Wartungsintervalle länger gewählt werden können.
Vorteilhaft wird für die, Siebkathode flexibles Material verwendet, das zwischen zwei beiderseits des Plasmaraums angeordneten Spulen bereitgestellt wird und das durch Umspulen von der einen Spule auf die andere Spule in der Ebene der Grenzfläche bewegt wird, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist.
Das Material der Siebkathode kann vorteilhaft so ausgewählt werden, dass weitere gewünschte Effekte erzielt werden. Beispielsweise kann das Material so ausgewählt werden, dass Verunreinigungen des Substrats vermieden werden, indem die Siebkathode aus einem inerten Material gefertigt wird. Ebenso ist es möglich, durch entsprechende Auswahl des Materials der Siebkathode eine Ionenimplantation in die Substratoberfläche zu erzielen.
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Siebkathode eine drehbar gelagerte Scheibe ist, die durch Rotation um eine zur Wirkrichtung im Wesentlichen parallele Achse bewegt wird, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist.
Weiter alternativ kann die Siebkathode eine im Wesentlichen zylindrische Trommel sein, die durch Rotation um eine zur Wirkrichtung im Wesentlichen senkrechte Achse bewegt wird, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist.
Ebenfalls zur Erhöhung der Standzeit der Siebkathode, aber auch zur Verbesserung der Verfahrensergebnisse kann vorgesehen sein, dass die Siebkathode gekühlt wird. Vorteilhaft erfolgt dabei die Kühlung der Siebkathode zur Erreichung einer vorgebbaren Temperatur gesteuert. Hierzu ist es vorteilhaft, dass bei der Vorrichtung Steuerungsmittel zur Steuerung der Kühlung der Siebkathode zur Erreichung einer vorgebbaren Temperatur vorgesehen sind.
Die Kühlung der Siebkathode kann zusätzlich oder alternativ zur direkten Kühlung auch auf indirekte Weise dadurch erfolgen, dass in der Nähe der Siebkathode mindestens ein Kühlkörper angeordnet ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Wand des Plasmaraums oder/und des Substratraums oder/und der Anode als Kühlkörper ausgeführt ist.
Um einen möglichst gleichmäßigen Ätzangriff zu erzielen, ist es weiter vorteilhaft, das Substrat im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche durch den Substratraum zu bewegen. Daher ist in einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Transporteinrichtung zum Transport des Substrats durch den Substratraum in einer im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche liegenden Transportebene vorgesehen.
Zur effektiven Ausnutzung der extrahierten Ionen kann vorgesehen sein, die Breite oder/und Lage des in der Vorrichtung vorgesehenen Mittels zur Erzeugung eines magnetischen Feldes (beispielsweise eines dafür vorgesehenen Magnetsystems) den Eigenschaften des Substrats anzupassen. Das kann zum Beispiel durch teilweises Drehen eines quer zur Transportrichtung des Substrats in der Vorrichtung angeordneten Magnetsystems um seine Hochachse erfolgen, das heißt durch Verstellung des von der Längsachse des Magnetsystems und der Transportrichtung des Substrats eingeschlossenen Winkels.
Als andere Möglichkeit zur Einstellung der Position der aus der durchbrochenen Kathode austretenden Ionen kann das Magnetsystem aus einer Anzahl von Einzelsegmenten aufgebaut sein, wodurch sowohl die Breite, als auch die Lage des extrahierten Ionenstrahls dem Substrat angepasst werden kann.
Die Anpassung kann vorteilhaft während des Betriebes erfolgen, so dass eine optimale Ausnutzung der extrahierten Ionen möglich ist. Weiterhin kann im Substratraum eine weitere Elektrode angeordnet sein, die als Elektronenspender (Glühelektrode) wirkt und die Ionen neutralisiert und die zur Beeinflussung der Ionenenergie durch eine an sie gegenüber der durchbrochenen Kathode angelegten Spannung genutzt wird.
Soll ein Substrat, beispielsweise eine Platte oder Bandmaterial, beidseitig geätzt werden, so kann dies in einem einzigen Durchlauf erreicht werden, wenn das Plasma so erzeugt wird, dass Ladungsträger aus mindestens zwei verschiedenen Wirkrichtungen auf das Substrat zu beschleunigt werden. Hierzu können bei der Vorrichtung in der Vakuumkammer mindestens zwei Plasmaräume, jeweils mit Mitteln zur Erzeugung eines elektrischen Feldes und Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, vorgesehen und darin so angeordnet sein, dass Ladungsträger aus mindestens zwei verschiedenen Wirkrichtungen auf das Substrat zu beschleunigbar sind.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Plasmaraum das Substrat umschließt. Gleiches gilt für die Mittel zur Erzeugung des elektrischen und des magnetischen Feldes.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das Magnetfeld durch ein Magnetsystem aus Permanentmagneten und einer Rückschlussplatte erzeugt wird und dass zu diesem Zweck an der Vorrichtung ein Magnetsystem aus Permanentmagneten und einer Rückschlussplatte vorgesehen ist. Dieses Magnetsystem ist so ausgebildet, dass die Magnetronentladung ringförmig auf der zu behandelnden Oberfläche des Substrats brennt, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist.
Zur Verstärkung und Steuerung der Plasmabildung kann vorgesehen sein, dass im Plasmaraum mindestens ein Gaseinlass vorgesehen ist. Zur Herbeiführung chemischer Reaktionen in der Nähe des Substrats kann weiter vorgesehen sein, dass im Substratraum mindestens ein Gaseinlass angeordnet ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 die oben bereits beschriebene Vorrichtung des Standes der Technik zum Sputterätzen,
2 die oben bereits beschriebene Vorrichtung des Standes der Technik zum Ionenstrahlätzen,
3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ätzen bandförmiger Substrate,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit durchbrochener Rückschlussplatte des Magnetsystems,
5 ein bewegliches segmentiertes Magnetsystem,
6 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer zusätzlichen Elektrode zur Einstellung der Ionenenergie,
7 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Elektronenspenderelektroden,
8 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur beidseitigen Behandlung eines Substrats,
9 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei getrennten Siebkathoden,
10 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer durch das Magnetsystem geführten Siebkathode.
Die Vorrichtung in 3 ist zum Trockenätzen bandförmiger Substrate 5, zum Beispiel Kunststofffolie oder eloxiertes Aluminiumband, ausgebildet. Sie umfasst einen in einer Vakuumkammer angeordneten Substratraum 7 und einen an den Substratraum 7 angrenzenden Plasmaraum 8. Im Substratraum 7 wird ein bandförmiges Substrat 5 auf Führungsrollen 6 durch die Vakuumkammer bewegt. Unterhalb des Substrats 5, das heißt auf der der zu behandelnden Oberfläche gegenüber liegenden Seite des Substrats 5, ist ein aus Permanentmagneten 41 und einer Rückschlussplatte 42 gebildetes Magnetsystem 4 angeordnet. Der Plasmaraum 8 ist von einer einseitig offenen, behälterförmigen Anode 2 sowie eine die Öffnung der Anode 2 überdeckenden Siebkathode 1 begrenzt.
Die Anode 2 ist ihrerseits von einer geerdeten Dunkelfeldabschirmung 9 umgeben. Die Anode 2 selbst liegt im Betrieb der Vorrichtung auf positivem Hochspannungspotential. Die Siebkathode 1 sowie die Führungsrollen 6 und damit auch das auf ihnen aufliegende Substrat 5 liegen auf Erdpotential. Das im Plasmaraum 8 herrschende elektrische Feld bildet sich so aus, dass die elektrischen Feldlinien im Bereich der Siebkathode 1 senkrecht auf der Siebkathode und damit parallel zur Wirkrichtung der Vorrichtung stehen. Die magnetischen Feldlinien des vom Magnetsystem 4 erzeugten Magnetfelds verlaufen in einem geschlossenen (ringförmigen) Bereich parallel zur Siebkathode 1 und damit senkrecht zur Wirkrichtung der Vorrichtung. Die Magnetronentladung brennt auf der der Anode 2 zugewandten Oberfläche der Siebkathode 1. Die Ionen werden zur Siebkathode hin beschleunigt, treten teilweise durch diese hindurch und verursachen auf dem Substrat durch ihre kinetische Energie eine Ätzwirkung. Dadurch werden die im Plasma 3 enthaltenen positiven Ladungsträger auf die zu behandelnde Oberfläche des Substrats 5 hin beschleunigt.
Die Siebkathode 1 besteht aus flexiblem Material, das auf zwei beiderseits des Plasmaraums 8 angeordneten Spulen 11 aufgewickelt ist. Durch Umspulen von der einen Spule 11 auf die andere Spule 11 wird die Siebkathode 1 in der Ebene der Grenzfläche zwischen Substratraum 7 und Plasmaraum 8 bewegt.
Die Vorrichtung gemäß 4 weist gegenüber den anderen Ausführungsbeispielen die Besonderheit auf, dass das Magnetsystem 4 zwischen der Siebkathode 1 und dem Substrat 5 angeordnet ist, wobei die Rückschlussplatte 42 Öffnungen aufweist, durch die die positiven Ladungsträger vom Plasmaraum 8 auf das Substrat 5 zu beschleunigt werden.
Die Vorrichtung gemäß 5 weist die Besonderheit auf, dass das Magnetsystem aus verschiebbar gelagerten Einzelsegmenten 43 aufgebaut ist, so dass dadurch eine Breiteneinstellung und Justage der Position der austretenden Ionen im Bezug zum Substrat erfolgen kann. Weiterhin kann durch Veränderung des Abstandes zur Kathode eine Einstellung der Magnetfeldstärke im Bereich der durchbrochenen Kathode und damit der Entladungsbedingungen erfolgen.
Die Vorrichtung gemäß 6 weist die Besonderheit auf, dass im Substratraum eine zusätzliche durchbrochene Elektrode 10 angeordnet ist, die es erlaubt, die Ionenenergie zu beeinflussen. Weiterhin ist im Substratraum 7 ein Gaseinlass 14 zur Herbeiführung chemischer Reaktionen vorgesehen.
Die Vorrichtung gemäß 7 weist die Besonderheit auf, dass sich im Substratraum eine zusätzliche Elektrode 13 (z. B. Glühelektrode) befindet, die Elektronen abgibt, so dass Ionen neutralisiert werden können. Weiterhin ist im Plasmaraum 8 ein Gaseinlass 14 zur Verstärkung und Steuerung der Plasmabildung vorgesehen.
Die Vorrichtung gemäß 8 ist zur gleichzeitigen beidseitigen Behandlung des Substrats 5 ausgebildet. Hierzu wird das Substrat 5 durch einen Plasmaraum 8 angeordnet. Der Plasmaraum 8 wird durch eine Anode 2 mit einer Dunkelfeldabschirmung 9 und einer Siebkathode 1 begrenzt. Das Magnetsystem 4 ist so ausgebildet, dass seine Rückschlussplatte 42 das durch die Vakuumkammer bewegte Substrat 5 umgreift. Es hat die Form eines U-förmigen Tunnels, der auf der dem Substrat 5 zugewandten Seite des Tunnels offen ist, so dass die positiven Ladungsträger sich vom Plasmaraum 8 zum Substrat 5 durch die Siebkathode hindurch bewegen können. Beiderseits dieser Öffnung sind Permanentmagnete 41 angeordnet, die das Magnetfeld erzeugen. Die Rückschlussplatte 42 in Form eines U-förmigen Tunnels ist so angeordnet, dass sie die Anode 2 und die Dunkelfeldabschirmung 9 des Plasmaraums 8 vollständig umschließt.
Durch die beschriebene Anordnung wird erreicht, dass die Magnetronentladung um das Substrat herum brennt. Die Ionen treffen allseitig auf das Substrat auf und bewirken so einen allseitigen Ätzangriff.
Die in 9 dargestellte Vorrichtung ist analog zu der soeben beschriebenen Vorrichtung aus 8 aufgebaut, wobei jedoch zwei voneinander, elektrisch getrennte Siebkathoden 1 vorgesehen sind, die im so genannten Dual-Mode betrieben werden können, das heißt die abwechselnd oder gleichzeitig eingeschaltet werden können. Bei dieser Ausführungsform weist die Rückschlussplatte 42 des Magnetsystems 4, die auch hier als U-förmiger Tunnel ausgeführt ist, im Bereich jeder Siebkathode 1 je eine Öffnung auf, durch die die positiven Ladungsträger des Plasmas 3 auf das Substrat gelenkt werden. Dabei sind die Permanentmagnete 41 so angeordnet, dass auf jeder Siebkathode 1 eine Magnetronentladung brennt.
In 10 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, bei der die Rückschlussplatte 42 des Magnetsystems 4 ebenfalls als U-förmiger Tunnel ausgeführt ist. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung eine aus flexiblem Material bestehende Siebkathode 1 vorgesehen, die beiderseits des Plasmaraums 8 auf dort angeordneten Spulen 11 aufgewickelt ist, so dass sie durch Umspulen am Plasmaraum 8 vorbeibewegt werden kann. Hierzu weist die Rückschlussplatte 42 an jeder Seite einen Schlitz 12 auf, durch den die Siebkathode 1 in den U-förmigen Tunnel hinein beziehungsweise aus diesem herausgeführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Kathode
2: Anode
3: Plasma
4: Magnetsystem
41: Permanentmagnet
42: Rückschlussplatte
43: Segment
5: Substrat
6: Substrathalter/Transporteinrichtung/Führungsrollen
7: Substratraum
8: Plasmaraum
9: Dunkelfeldabschirmung
10: Beschleunigungsgitter
11: Spule
12: Schlitz im Magnetsystem
13: Elektronenspender (Glühelektrode)
14: Gaseinlass

Claims

Verfahren zum plasmaunterstützten Trockenätzen von Substraten, bei dem ein Substrat (5) in einem Substratraum (7) einer Vakuumkammer angeordnet wird, in einem an den Substratraum (7) angrenzenden Plasmaraum (8), in dem durch Überlagerung eines elektrischen Feldes mit einem magnetischen Feld ein positiv geladene Ladungsträger enthaltendes Plasma (3) erzeugt wird, die Ladungsträger im Plasma in Wirkrichtung, d. h. auf das Substrat (5) zu beschleunigt und aus dem Plasmaraum (8) extrahiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Feld so erzeugt wird, dass die elektrischen Feldlinien im Plasmaraum (8) nahe der Grenze zum Substratraum (7) im Wesentlichen in Wirkrichtung verlaufen und dass das magnetische Feld so erzeugt wird, dass die magnetischen Feldlinien im Plasmaraum (8) nahe der Grenze zum Substratraum (7) in einem geschlossenen ringförmigen Bereich im Wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung verlaufen, so dass die Magnetronentladung ringförmig auf der zu behandelnden Oberfläche des Substrats brennt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger im Plasma mit einer Wirkrichtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats (5) beschleunigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsträger im Plasma mit einer Wirkrichtung schräg zur Oberfläche des Substrats (5) beschleunigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektrischen Feldes in der Grenzfläche zwischen Plasmaraum (8) und Substratraum (7) eine Siebkathode (1) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkathode (1) in der Grenzfläche bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Siebkathode (1) flexibles Material verwendet wird, das zwischen zwei beiderseits des Plasmaraums (8) angeordneten Spulen (11) bereitgestellt wird und das durch Umspulen von der einen Spule (11) auf die andere Spule (11) in der Ebene der Grenzfläche bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkathode (1) eine drehbar gelagerte Scheibe ist, die durch Rotation um eine zur Wirkrichtung im Wesentlichen parallele Achse bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkathode (1) eine im Wesentlichen zylindrische Trommel ist, die durch Rotation um eine zur Wirkrichtung im Wesentlichen senkrechte Achse bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkathode (1) gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der Siebkathode (1) zur Erreichung einer vorgebbaren Temperatur gesteuert erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche durch den Substratraum (7) bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma (3) so erzeugt wird, dass Ladungsträger aus mindestens zwei verschiedenen Wirkrichtungen auf das Substrat (5) zu beschleunigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld durch ein Magnetsystem (4) aus Permanentmagneten (41) und Rückschlussplatte (42) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkbreite und die Lage des Auftreffbereichs der extrahierten Ionen eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Wirkbreite durch Einstellung des Winkels zwischen der Längsachse des Magnetsystems und der Bewegungsrichtung des Substrats erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung von Wirkbreite und Lage des Auftreffbereichs der extrahierten Ionen durch Einstellung von Breite und Lage eines segmentierten Magnetsystems erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaraum um das Substrat herum geführt wird, also die Entladung auf einer durchbrochenen Kathode um das Substrat herum brennt und so ein allseitiger Beschuss des Substrats mit extrahierten Ionen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie der extrahierten Ionen gezielt beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode auf ein vom Erdpotential verschiedenes Potential gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenenergie durch eine weitere im Substratraum angebrachte Elektrode, deren Potential sich von dem der Kathode unterscheidet, beeinflusst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die extrahierten Ionen im Substratraum mit Hilfe eines Neutralisators (Glühelektrode) neutralisiert werden, und so eine Aufladung isolierter oder nicht leitfähiger Substrate vermieden wird.
Vorrichtung zum plasmaunterstützten Trockenätzen von Substraten, umfassend eine Vakuumkammer mit einem darin angeordneten Substratraum (7) und einem an den Substratraum (7) angrenzenden Plasmaraum (8) mit Mitteln zur Erzeugung eines elektrischen Feldes und Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes so ausgeführt sind, dass die elektrischen Feldlinien im Plasmaraum (8) nahe der Grenze zum Substratraum (7) im Wesentlichen in Wirkrichtung verlaufen und dass die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes so ausgeführt sind, dass die magnetischen Feldlinien im Plasmaraum (8) nahe der Grenze zum Substratraum (7) in einem geschlossenen ringförmigen Bereich im Wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung verlaufen, so dass die Magnetronentladung ringförmig auf der zu behandelnden Oberfläche des Substrats brennt, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes und die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes so angeordnet sind, dass die Wirkrichtung senkrecht zur Oberfläche des Substrats (5) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes und die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes so angeordnet sind, dass die Wirkrichtung schräg zur Oberfläche des Substrats (5) verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes oder/und die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Feldes beweglich so gelagert sind, dass die Wirkrichtung auf einen vorgebbaren Wert einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des elektrischen Feldes eine in der Grenzfläche zwischen Plasmaraum (8) und Substratraum (7) angeordnete Siebkathode (1) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkathode (1) in der Grenzfläche bewegbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkathode (1) aus flexiblem Material besteht, das zwischen zwei beiderseits des Plasmaraums (8) angeordneten Spulen (11) bereitgestellt wird und das durch Umspulen von der einen Spule (11) auf die andere Spule (11) in der Ebene der Grenzfläche bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkathode (1) eine drehbar gelagerte Scheibe ist, die durch Rotation um eine zur Wirkrichtung im Wesentlichen parallele Achse bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkathode eine im Wesentlichen zylindrische Trommel ist, die durch Rotation um eine zur Wirkrichtung im Wesentlichen senkrechte Achse bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebkathode (1) kühlbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungsmittel zur Steuerung der Kühlung der Siebkathode (1) zur Erreichung einer vorgebbaren Temperatur vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transporteinrichtung (6) zum Transport des Substrats durch den Substratraum (7) in einer im Wesentlichen parallel zur Grenzfläche liegenden Transportebene vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkbreite und die Auftreffposition der extrahierten Ionen einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem (4) um die Achse der Wirkrichtung verdrehbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem aus einzelnen Segmenten aufgebaut ist, so dass die Breite und Lage des Magnetsystems im Bereich der Kathode justierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlussplatte durchbrochen ist und sich das Substrat hinter dem Magnetsystem befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumkammer mindestens zwei Plasmaräume (8), jeweils mit Mitteln zur Erzeugung eines elektrischen Feldes und Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, vorgesehen und darin so angeordnet sind, dass Ladungsträger aus mindestens zwei verschiedenen Wirkrichtungen auf das Substrat (5) zu beschleunigbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Magnetfelds ein Magnetsystem (4) aus Permanentmagneten (41) und Rückschlussplatte (42) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem und die den Plasmaraum bildenden Teile (4) so ausgebildet sind, dass die Magnetronentladung ringförmig um die zu behandelnden Oberfläche des Substrats (5) brennt, so dass ein allseitiger Beschuss mit Ionen erfolgt, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode gegenüber Erdpotential auf positivem, negativem oder mit einer Frequenz von 0 bis 100 MHz wechselnden Potential liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass im Substratraum eine weitere Elektrode angebracht wird, die gegenüber der Kathode mit positiver, negativer oder Wechselspannung beaufschlagt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode auf einem vom Erdpotential verschiedenen Potential liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass im Substratraum eine oder mehrere Elektroden als Elektronenspender (Glühkathoden) zur Neutralisation der extrahierten Ionen eingesetzt werden.