JP2020002464A - 基板における粒子低減用のパルスレーザ蒸着及び基板表面を有する基板用の装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、パルスレーザ蒸着及び基板表面を有する基板用の装置を提供する。【解決手段】装置は、基板を保持する基板ホルダと、基板の基板表面に面して配列されたターゲットと、基板とターゲットとの間に配列され、少なくとも一つのフィルター通路開口を有する回転本体を含む速度フィルターと、ターゲット材のプラズマプルームを生成するため目標点でターゲットに向けられたパルスレーザで、目標点でのターゲット表面は、基板表面に面している、パルスレーザと、ターゲットと基板との間に配列され、プラズマ通路開口を有するプラズマホールプレートで、プラズマ通路開口は、速度フィルターの回転方向に垂直である分割平面によって上流セクション及び下流セクションに分割され、目標点は分割平面と一致し、上流セクションの表面積は、下流セクションの表面積よりも大きい、プラズマホールプレートと、を備える。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、パルスレーザ蒸着及び基板表面を有する基板用の装置に関し、該装置は、
−基板を保持する基板ホルダと、
−基板の基板表面に面して配列されたターゲットと、
−基板とターゲットとの間に配列され、少なくとも一つのフィルター通路開口を有する回転本体を含む速度フィルターと、そして、
−ターゲット材のプラズマプルームを生成するため、目標点でターゲットに向けられたパルスレーザと、ここで目標点でのターゲットの表面は基板表面に面している、
を含んでいる。

このような装置は、例えばＥＰ２４１００７４号から知られている。この公報では、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）用の装置が示されており、ここで速度フィルターは、ターゲットと基板との間に配列され、回転する速度フィルターのブレードの１つにおいてプラズマプルームの後を追う粒子を捕らえることによって粒子を拭き取っている。

ターゲットが目標点でパルスレーザ光線にて当てられた場合、ターゲット材の一部は蒸発し、ターゲット材のプラズマプルームが生成されるだろう。このプラズマプルームは、目標点でターゲットの表面に垂直な主方向を有する細長い形状を有する。生成されたプラズマプルームとは別に、ＰＬＤプロセスの間には、ターゲットから逃れる粒子等の、粒子もまた生成されることができ、これらの粒子は、任意の方向に散乱するだろう。目標点は、これらの粒子に関して点源と考えることができる。

ＥＰ２４１００７４号明細書

ＥＰ２４１００７４号による装置によれば、速度フィルターは、できるだけ多くの散乱された粒子を捕らえようとしている。しかしながら、速度フィルターの回転方向と同じ方向の方向性成分をもつ粒子は、速度フィルターの回転方向に反対方向の方向性成分をもつ粒子よりも、フィルターのブレード間で速度フィルターを通過するのに比較的長い時間を有するだろう。その結果、速度フィルターは、ある量の粒子を未だに通過させるであろう。これは、基板における蒸着の品質に悪い影響を与えるだろう。

本発明は、上述したデメリットを低減するあるいはさらに削除することを目的とする。

この目的は、前置き部分に記載の装置によって達成され、該装置は、ターゲットと基板との間に配列されたプラズマホールプレートによって特徴付けられ、該プラズマホールプレートは、プラズマ通路開口を有する。ここでプラズマ通路開口は、速度フィルターの回転方向に垂直である分割平面によって上流セクション及び下流セクションに分割される。ここで目標点は、分割平面と重なり（一致し）、またここで上流セクションの表面積は、下流セクションの表面積よりも大きい。

速度フィルターの回転方向に見て、下流セクションは上流セクションの向こう側に（上流セクションを越えて）設けられることが本発明によって理解されるに違いない。

プラズマ通路開口のみを介して粒子がプラズマホールプレートを通過でき、プレート自体によって粒子がブロック／フィルターされるであろうことから、プラズマホールプレートは、粒子の基本的なフィルタリングを提供する。

目標点は、粒子に関する点源と考えることができることから、速度フィルターの回転方向と同じ方向の方向性成分を有する粒子は、プラズマ通路開口の下流セクションの方へ向けられるだろう。一方、回転方向に反対の方向性成分を有する粒子は、上流セクションの方へ向けられるだろう。

上流セクションの方へ向けられた粒子は、下流セクションに向けられた粒子よりも、回転方向のため速度フィルターにより早く遭遇するだろう。下流セクションに向けられた粒子は、速度フィルターを通過するのに比較的より長い時間を有する。よって、上流セクションの方へ向けられた粒子は、下流セクションの方へ向けられた粒子よりも、より多く速度フィルターによってフィルターされるだろう。

この違いを補うために、プラズマ通路開口は、下流側におけるものよりも上流側でより大きい。その結果、下流側において、プラズマホールプレートは、粒子のフィルタリングに、より貢献する。

プラズマ通路開口の下流セクションがより小さな表面積を有することから、さらに、プラズマプルームの一部は、プラズマホールプレートによってブロックされることができるかもしれない。これは、基板での蒸着割合を減じるだろうが、プラズマホールプレート及び速度フィルターの大幅に増加したフィルタリングの利点は、このデメリットを上回る。

プラズマ通路開口は、下流セクションよりも大きな表面積を有する上流セクションを持つが、プラズマ通路開口の形状は、今までどおり対称的であることが注目されるべきである。このような場合、目標点の表面に垂直な方向において見たとき、対称的なプラズマ通路開口の中心は、目標点に対してオフセットされるだろう。

発明による装置の好ましい実施形態では、速度フィルターの回転方向におけるプラズマ通路開口の上流セクションの長さは、速度フィルターの回転方向におけるプラズマ通路開口の下流セクションの長さよりも大きい。

発明による装置のさらに好ましい実施形態では、プラズマホールプレートは、速度フィルターと基板との間に配列される。

いずれの通過粒子もさらにフィルターされることができながら、望まない粒子は、この実施形態では、速度フィルターによって最初にフィルターされる。

発明による装置の別の実施形態では、使用において、生成されたプラズマプルームの一部は、分割平面の下流セクション側におけるプラズマホールプレートによって遮断される。生成されたプラズマプルームの一部が遮断され及び蒸着割合が減じられるように、下流セクションのサイズは選択することができるが、このことは、プラズマホールプレートの増加したフィルタリング作用によって、蒸着されたターゲット材の品質よりも重要である。

好ましくは、使用において、生成したプラズマプルームの大部分は、分割平面の上流セクション側よりも分割平面の下流セクション側において遮断される。この実施形態では、プラズマ通路開口の形状及びサイズは、粒子のフィルタリングに寄与し、しかしまた、プラズマプルームの形作りにも寄与し、このことは、ターゲット材の蒸着層において好ましい効果を有することができるであろう。

発明による装置のさらに別の実施形態では、プラズマホールプレートは、速度フィルターの回転方向と比較して反対方向に回転する。

プラズマホールプレート、従ってプラズマ通路開口を回転させることによる動的な作用は、上流セクションの表面積が下流セクションの表面積よりも大きいということである。よって、プラズマプルームがプラズマ通路開口を通過するとき、通路開口は移動しており、その結果、下流セクションの表面積は、上流セクションの表面積よりも小さい。その結果として、まだ速度フィルターを通過している、プラズマプルームの後を追う粒子は、プラズマホールプレートによって捕らえられるだろう。

動的作用を使用することによって、対称的なプラズマ通路開口を有することが可能である。また、静止しているプラズマホールプレートと共に、プラズマ通路開口の中心から外れて延在する分割平面を有することによって、対称的に形作られたプラズマ通路開口を使用することが可能である。

静止しているプラズマホールプレートでは、しかしながら、プラズマ通路開口は、プラズマホールプレートの半径方向に関して非対称的に形作られることが好ましい。

さらなる実施形態では、プラズマ通路開口の端にフランジが配置可能であり、このフランジは、ターゲットの方へ延在し、少なくとも上流セクションに配置される。

プラズマプルームは、ＰＬＤプロセスが行なわれるチャンバにおける圧力に依存して拡大する。フランジは、プラズマプルームがプラズマ通路開口を自由に通ることを可能にするようにプラズマプルームの形状に対応して形作ることができる一方、フランジは、任意の方向に目標点から放射される望まない粒子に関してシールドを提供可能である。

さらに、目標点で、基板表面に平行なターゲットの表面を有することは好ましいが、目標点の表面と基板表面との間で０度より大きい角度を設けることは、プラズマプルームが常に目標点表面を垂直に出る一方、望まない粒子が任意方向に目標点表面を出るであろうことから、フィルタリング作用に貢献することができる。

発明のこれらの及び他の特徴は、添付図面と共に解明されるだろう。

図１Ａ−図１Ｄでは、４つの異なる位置において、発明による装置の第１実施形態における概略の断面図を示す。 図１Ａ−図１Ｄでは、４つの異なる位置において、発明による装置の第１実施形態における概略の断面図を示す。 図１Ａ−図１Ｄでは、４つの異なる位置において、発明による装置の第１実施形態における概略の断面図を示す。 図１Ａ−図１Ｄでは、４つの異なる位置において、発明による装置の第１実施形態における概略の断面図を示す。 図２Ａ−図２Ｉでは、プラズマ通路開口に関する異なる形状を示す。 図２Ａ−図２Ｉでは、プラズマ通路開口に関する異なる形状を示す。 図２Ａ−図２Ｉでは、プラズマ通路開口に関する異なる形状を示す。 図２Ａ−図２Ｉでは、プラズマ通路開口に関する異なる形状を示す。 図２Ａ−図２Ｉでは、プラズマ通路開口に関する異なる形状を示す。 図２Ａ−図２Ｉでは、プラズマ通路開口に関する異なる形状を示す。 図２Ａ−図２Ｉでは、プラズマ通路開口に関する異なる形状を示す。 図２Ａ−図２Ｉでは、プラズマ通路開口に関する異なる形状を示す。 図２Ａ−図２Ｉでは、プラズマ通路開口に関する異なる形状を示す。 図３Ａ−図３Ｄでは、４つの異なる位置において、発明による装置の第２実施形態における概略の断面図を示す。 図３Ａ−図３Ｄでは、４つの異なる位置において、発明による装置の第２実施形態における概略の断面図を示す。 図３Ａ−図３Ｄでは、４つの異なる位置において、発明による装置の第２実施形態における概略の断面図を示す。 図３Ａ−図３Ｄでは、４つの異なる位置において、発明による装置の第２実施形態における概略の断面図を示す。

図１Ａは、基板表面２を有する基板１を示す。基板１は、基板ホルダ（図示せず）において典型的に配列される。ターゲット３は、基板表面２に面して配列される。ターゲット３は、レーザー光線５が向けられる目標点４を有する。典型的にレーザー光線５は、ターゲットにわたり移動され、また基板１は、基板表面２のより広い面積が処理されるように、例えば回転して移動される。

速度フィルター６、これはフィルター通路開口７を有するディスクであり、基板１とターゲット３との間で回転する。さらに、プラズマ通路開口９を有するプラズマホールプレート８は、速度フィルター６と基板１との間に配列される。プラズマ通路開口９は、目標点４に対して静止して配列される。したがって、レーザー光線５が基板１のより広い表面を処理するためにターゲット３にわたって移動する場合、プラズマ通路開口９は、目標点４と共に移動する。

フィルター通路開口７が目標点４の上方に位置決めされ、生成されたプラズマプルーム１０がフィルター通路開口７を通して速度フィルター６を自由に通過することができるとき、パルスレーザ５は、目標点４に照射される（図１Ａ参照）。

レーザー光線５が照射された後、プラズマプルーム１０は、フィルター通路開口７及びプラズマ通路開口９を経由して基板表面２の方へ移動するだろう。

また、粒子１１が任意の方向に目標点４の表面から放出され始めるだろう。ここで目標点４は、点源と考えることができる（図１Ｂ参照）。

分割平面１２は、これは速度フィルター６の回転方向Ｒに垂直であり、また目標点４が分割平面１２に一致する、基板１とターゲット３との間の空間を上流部分Ｕと下流部分Ｄに分割する。

速度フィルター６は回転するので、フィルター通路開口７は、目標点４から離れて移動し、よって、下流部分Ｄへの方向を有する粒子１１は、上流部分Ｕへの方向を有する粒子１１（即ち、速度フィルター６の回転方向Ｒの方向性成分を有する粒子１１）よりもすぐに速度フィルター６に遭遇するであろう。

プラズマ通路開口９は、上流セクション１４よりも広い下流セクション１３を有する。より小さな上流セクション１４のために、プラズマプルーム１０の一部は、プラズマホールプレート８に蒸着され失われるであろう。一方、プラズマプルーム１０の残存部分は、下流セクション１３を通り、基板表面２に蒸着されるだろう。

より多くの時間が経過したとき、速度フィルター６はさらに回転しているだろう。よって、フィルター通路開口７は、分割平面１２を越えて完全に通過している。下流部分Ｄの方への方向を有するいずれの粒子１１も、速度フィルター６によって捕らえられるであろう。一方、上流部分Ｕの方への方向を有する粒子１１のうちのいくつかは、フィルター通路開口７を通り抜けることができるだろうが、プラズマホールプレート８によって捕らえられるだろう（図１Ｃ参照）。

目標点４からの粒子１１の放出が止まった後、速度フィルター６は、さらに回転し、粒子１１の大部分を捕らえる。上流部分の方への方向を有し、及びどうにかフィルター通路開口７を通過した粒子１１は、プラズマホールプレート８によって捕らえられるだろう。プラズマプルーム１０は、基板表面２にターゲット材の蒸着層を形成しているだろう（図１Ｄ参照）。

したがって、上流部分Ｕにおいてプラズマ通路開口９を減じることによって、フィルター通路開口７をどうにか通過した粒子１１は、プラズマホールプレート８によってさらにフィルターされるだろう。これは、基板表面１１、及びその上に蒸着されたターゲット材の層における粒子１１による汚染を減じる。

図２Ａ−図２Ｉは、図１による装置におけるプラズマホールプレート８のプラズマ通路開口９に関する異なる形状を示している。明らかに、各プラズマ通路開口９は、下流セクション１４よりも広い表面を有する上流セクション１３を有する。図２Ｄでは、下流セクション１４がゼロの表面積を有する場合の形状さえも提案されている。

プラズマ通路開口９の形状が、例えばプラズマホールプレート８のフィルタリング作用の最適化、及びプラズマホールプレート８による蒸着割合の削減に単に基づいて、当業者によって決定可能であることは、明らかであろう。

図３Ａは、発明による装置の別の実施形態を示す。基板表面２２を有する基板２１は、基板ホルダ（図示せず）に配列される。ターゲット２３は、基板２１の反対側に設けられる。プラズマプルーム３０が生成されるように、目標点２４は、パルスレーザ２５によって照射される。

さらに、フィルター通路開口２７を有する速度フィルター２６は、基板２１とターゲット２３との間で方向Ｒに回転する。

また、プラズマ通路開口２９を有するプラズマホールプレート２８は、基板２１と速度フィルター２６との間に配列される。この実施形態では、プラズマホールプレート２８も回転するが、速度フィルター２６の方向Ｒに反対の方向Ｏにおいてである。プラズマ通路開口２９は、例えば円形の、対称的であることができる。

図３Ａに示されるように、フィルター通路開口２６及びプラズマ通路開口２９が目標点２４の上方に整列したとき、パルスレーザ２５は、プラズマプルーム３０を生成する。

分割平面３２は、これは速度フィルター２６の回転方向Ｒに垂直であり、また目標点２４が分割平面３２と一致しており、基板２１とターゲット２３との間の空間を上流部分Ｕ及び下流部分Ｄに分割する。

目標点２４がレーザー２５によって照射された後、プラズマプルーム３０は、フィルター通路開口２７及びプラズマ通路開口２９を経由して基板２１の方へターゲット２３を離れるだろう。プラズマプルーム３０には、望まない粒子３１が後を追うだろう。

速度フィルター２６は、方向Ｒにおいてさらに回転することから、フィルター通路開口２７は、粒子３１の点源である目標点の上方にもはや整列しないだろう。よって、下流部分Ｄの方へ向けられた粒子３１は、速度フィルター２６によって捕らえられるだろう。

同時に、プラズマホールプレート２８は、反対方向Ｏに回転しているだろう。よって、プラズマ通路開口２９は、分割平面３２に対して、上流セクション３４の表面積よりも大きな表面積を有する下流セクション３３を有する。上流セクション３４において縮小されたサイズは、プラズマプルーム３０の一部を削除するけれども、それはまた、プラズマ通路開口２９を通過する及び基板表面２２を汚染する粒子３１の可能性を低減するであろう（図３Ｂ参照）。

図３Ｃでは、速度フィルター２６はさらに回転しており、よってフィルター通路開口２７は、分割平面３２を十分に過ぎており、一方、プラズマ通路開口２９もまた分割平面３２を過ぎるように、プラズマホールプレート２８は、さらに回転している。このことは、粒子３１がもはや基板表面２１に達することができず、残りの粒子３１のすべてが速度フィルター２６又はプラズマホールプレート２８のいずれかによって捕らえられることを保証する。

図３Ｄは、プラズマプルーム３０が基板２１に蒸着された位置を示し、ここで最後の粒子３１は、プラズマホールプレート２８によって捕らえられる。

１…基板、２…基板表面、３…ターゲット、４…目標点、６…速度フィルター、
７…フィルター通路開口、８…プラズマホールプレート、９…プラズマ通路開口、
１０…プラズマプルーム。

Claims (8)

1. パルスレーザ蒸着及び基板表面を有する基板用の装置であって、
   −基板を保持する基板ホルダと、
   −基板の基板表面に面して配列されたターゲットと、
   −基板とターゲットとの間に配列された速度フィルターで、少なくとも一つのフィルター通路開口を有する回転本体を含む速度フィルターと、
   −ターゲット材のプラズマプルームを生成するためにターゲットの目標点に向けられたパルスレーザと、ここで目標点でのターゲットの表面は基板表面に面している、
   −ターゲットと基板との間に配列されたプラズマホールプレートと、
   を備え、
   プラズマホールプレートは、プラズマ通路開口を有し、該プラズマ通路開口は、速度フィルターの回転方向に垂直である分割平面によって上流セクション及び下流セクションに分割され、ここで目標点は分割平面と一致し、上流セクションの表面積は、パルスレーザによるプラズマプルームの少なくとも生成の時点で下流セクションの表面積よりも大きい、
   装置。
2. 速度フィルターの回転方向におけるプラズマ通路開口の上流セクションの長さは、速度フィルターの回転方向におけるプラズマ通路開口の下流セクションの長さよりも大きい、請求項１に記載の装置。
3. プラズマホールプレートは、速度フィルターと基板との間に配列されている、請求項１又は２に記載の装置。
4. 使用状態において、生成されたプラズマプルームの一部は、分割平面の下流セクション側においてプラズマホールプレートによって遮断される、請求項１から３のいずれか一つに記載の装置。
5. 使用状態において、生成されたプラズマプルームの大部分は、分割平面の上流セクション側よりも分割平面の下流セクション側において遮断される、請求項４に記載の装置。
6. プラズマホールプレートは、速度フィルターの回転方向と比較して反対方向に回転する、請求項１から５のいずれか一つに記載の装置。
7. 目標点でのターゲット表面は、基板表面と平行である、請求項１から６のいずれか一つに記載の装置。
8. プラズマ通路開口は、プラズマホールプレートの半径方向に対して非対称的に形作られている、請求項１から７のいずれか一つに記載の装置。

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