具有可互換掩模的脈衝式雷射沉積的製作方法
2023-07-30 03:26:41 4
專利名稱：具有可互換掩模的脈衝式雷射沉積的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於脈衝式雷射沉積的設備，所述設備包括-襯底支架，所述襯底支架上安裝有襯底；-靶支架，所述靶支架上安裝有靶材料並且與襯底支架相對；-雷射設備，所述雷射設備用於指引雷射束投射至靶材料上；以及-掩模(shadowmask)，所述掩模布置於襯底上。
背景技術：
脈衝式雷射沉積(PLD)是用於在目標物上布置塗層的已知技術。利用該技術靶材料的材料被雷射燒蝕，從而實現該靶材料的等離子體羽。該等離子體羽隨後被沉積在襯底上，從而產生靶材料在襯底上的塗層。PLD起初被開發用於塗覆小的襯底表面，通常為10毫米乘10毫米。這通常用於研究環境中，其中小的襯底塗覆有各種具有高薄膜品質的材料。由該研究產生塗覆更大表面的需求。這已導致革新的技術，通過所述革新的技術能夠塗覆具有若干英寸或更大的典型直徑的表面。襯底能夠使用該PLD技術塗覆有若干層。由於具有若干層的襯底，可以通過應用光刻法製造設備。該製造工藝的缺點為襯底必須從真空室被移除並且必須被運送至用於光刻法的無塵室。光刻工藝經常被用於微加工中以有選擇地移除部分薄膜(或襯底的主體)。其被用於將幾何圖案從光掩模轉移至襯底上的感光化學物(光敏抗蝕劑，或簡稱「抗蝕劑」)上。一系列的化學和/或物理處理隨後將曝光圖案刻到光敏抗蝕劑下方的材料內。 在複雜的集成電路(例如現代CMOS)中，晶片將經歷光刻循環高達50次。有時需要將襯底運回至真空室以通過PLD布置額外的塗層。由於由襯底的灰塵顆粒所引起的汙染風險，該方法是不期望的。另一缺點為具有薄膜和結構的襯底經常必須被再次加熱以用於沉積工藝。冷卻之後的加熱能夠對所沉積的薄膜的性能產生影響並且必須同樣被加以限制。在沉積期間構造圖案的另一方法是以小的掩模-襯底距離將掩模或漏印板放置於襯底的頂部上。該配置確保通過PLD在襯底上塗覆特定的圖案。該掩模通過螺絲或螺栓被附接至襯底並且通常被安裝在真空室外的襯底上和從真空室外的襯底上移除。需要將掩模與襯底布置成緊密接觸以實現使掩模的清晰圖像傳遞至襯底上。由於現有PLD技術將襯底支架豎直布置，因此，該種附接更為必要。如果掩模沒有適當地附接至襯底，則掩模可以移動或甚至從襯底鬆掉。
發明內容
因此，本發明的一個目的是至少部分地解決上述的問題。通過本發明實現該目的，所述發明的特徵在於掩模被布置於可移動圓盤中，所述可移動圓盤在軸向方向上可移動至襯底支架並從襯底支架移動。使用根據本發明的設備，可以在期望的時候布置並且移除掩模。這通過遠離襯底
4支架移動可移動圓盤來完成，以使得圓盤在平行於襯底表面的方向上自由移動。然後圓盤被移動至所期望的位置，例如移動至掩模被定位於襯底支架上方的位置中。最後，圓盤再次被降下至襯底支架上，以使得在襯底支架上的襯底與布置於可移動圓盤中的掩模之間建立緊密的接觸。圓盤的移動可能為旋轉、平移或兩者在一個或更多維度上的組合。優選地，圓盤能夠在軸向方向上被平移並且圍繞軸線被旋轉。優選地，可移動圓盤包括若干掩模。這使PLD技術能夠製造具有複雜結構的設備。在根據本發明的設備的一個實施例中，可移動圓盤包括至少一個用於容納掩模的開口。優選地，開口包括用於支承掩模的凸緣。在該實施例中，掩模被容納於開口中，所述開口確保掩模相對於可移動圓盤的正確位置。根據本發明的設備的一個優選實施例包括用於推動至少一個掩模抵靠可移動圓盤的彈簧裝置。當掩模被彈力安裝時，能夠解決在與襯底表面垂直的方向上對齊中的小差異。 此外，彈簧裝置提供相當大的恆力，掩模通過所述恆力被壓靠在襯底上。為了大面積PLD，襯底有時被旋轉。如果襯底旋轉，則掩模必須同樣旋轉。為確保旋轉的掩模和襯底之間的間隙較小，相對較重的環能夠被放置於掩模的頂部上從而能夠開發出額外的作用力。該環被放置成使得沒有掩模的孔被覆蓋。環可以具有複雜的結構以使得掩模的中間部位也能夠被推靠在襯底上。在根據本發明的設備的另一優選實施例中，至少一個掩模包括用於將掩模相對於可移動圓盤對齊的主對齊裝置。這些對齊裝置可以例如包括布置於掩模上的脊，所述脊與可移動圓盤中的凹口協同發揮作用。在根據本發明的設備的又一優選實施例中，設備包括用於將可移動圓盤與襯底支架對齊的次對齊裝置。圓盤可以例如處於一定角度下，以使得掩模沒有與襯底適當地接觸。 同樣由於圓盤的偏心，可能的情況是，在沒有次對齊裝置的情況下，並非所有的掩模會被同樣地對齊。優選地，至少兩個對齊凹口被布置於襯底支架的相對側部上以用於與可移動圓盤配合對齊。例如布置於圓盤或掩模上的銷可能被插入這些對齊凹口內。在根據本發明的設備的一個非常優選的實施例中，靶支架被布置於包括數個靶支架的可移動臂上。這使操作員能夠將若干材料沉積在襯底上而不必打開真空室以交換靶材料。通過組合可交換的掩模，可以製造包括若干層的複雜設備，所述若干層由不同材料製成且具有不同的圖案。本發明的再另一實施例包括用於觀察至少一個掩模相對於襯底的方位的視覺裝置。優選地，視覺裝置包括照相機或顯微鏡。通過本發明，若干掩模能夠被容易地交換，但是掩模仍然必須相對於襯底結構對齊。使用測微器進動將若干掩模相對於襯底對齊能夠根據本發明通過定位器和視覺裝置 (諸如光學或掃描電子顯微鏡)來完成。使用該顯微鏡，在操縱過程中能夠觀察襯底相對於
掩模在平面中的移動U，y)以及旋轉(Ψ )。被放置於夾持器上的襯底應該在χ，y，ζ上
可被定位以及旋轉。顯微鏡觀察能夠被用作在進行襯底相對於掩模定位時的反饋。當視覺裝置不能在一個視圖中觀察掩模時或當期望特寫時，優選的是視覺裝置能夠在平行於掩模的至少兩個維度上被移動。在第三個維度上的移動能夠被用於聚焦視覺裝置和/或用於移除視覺裝置。在另一實施例中，視覺裝置能夠朝向至少一個掩模移動或者遠離至少一個掩模移動。優選地，視覺裝置被布置於可旋轉臂上。然而，視覺裝置還能夠被布置於分開的導軌上， 所述導軌被附接至真空室壁等。為查看表面並且襯底相對於掩模的位置，光學顯微鏡優選地必須被直接放置於掩模上方以觀察對齊標記，所述對齊標記通常被用於光刻法中以連續對齊若干標記。本發明還涉及一種用於操作根據本發明的設備的方法，所述方法包括以下步驟-將第一掩模布置於襯底上方並且降下可移動圓盤，以使得掩模與襯底鄰接；-使用雷射束照射靶材料，以使得靶材料的塗層被布置於與第一掩模相對應的襯底上；-將可移動圓盤向上移動並且旋轉圓盤，以使得第二掩模被布置於襯底上方；以及-重複以上步驟。在根據本發明的方法的另一實施例中，可旋轉臂被旋轉以使得具有第二靶材料的第二靶支架被布置成與襯底相對。優選地，根據本發明的方法包括步驟在降下可移動圓盤後將襯底支架向上移動。 這可以將可移動圓盤與襯底支架適當地對齊，並且通過將襯底支架向上移動，確保襯底被壓至掩模上以確保緊密接觸。在根據本發明的設備的任一上述實施例中，優選的是重力方向與襯底表面垂直， 並且掩模被布置於襯底頂部上。
本發明的這些以及其他特徵和優勢將結合附圖加以闡明。圖1以立體圖示意性顯示根據本發明的設備的一個實施例。圖2A-2C顯示使用根據圖1所示的設備將掩模布置於襯底上的三個步驟。圖3顯示掩模的兩個實施例。圖4顯示根據本發明的設備的第二實施例。
具體實施例方式圖1示意性顯示本發明的實施例1。該設備1包括襯底支架2以及安裝於襯底支架2上的襯底3。該襯底支架2在豎直方向上可移動。具有四個臂5的可旋轉機架4被布置於襯底支架2上方。靶支架6被布置於臂5 的每個自由端部上。特定靶材料能夠被布置於每個靶支架上。可旋轉圓盤7被布置於靶支架6和襯底支架2之間。圓盤7具有五個開口 8，掩模 9被布置於所述開口 8中(除去一個開口 8)。從其中不存在掩模9的開口 8，清楚的是每個開口都設有支承掩模9的凸緣10。圖2A以剖視圖顯示根據圖1的設備1。在襯底支架2的每個側面上，柱11布置有定位尖頭12。該尖頭12用於與可旋轉圓盤7中的凹口 13聯鎖。這確保可旋轉圓盤7相對於襯底支架2和襯底3的正確對齊。
掩模9本身在底部設有減小的直徑，所述減小的直徑幾乎與凸緣10的內直徑相同。這確保掩模9相對於可旋轉圓盤7的適當的對齊。數個彈簧元件14存在於掩模9的頂部上，所述彈簧元件14將掩模9推動至圓盤 7的開口 8內。在如圖2B中所示的下一步中，可旋轉圓盤7被降下，以使得尖頭12與凹口 13聯鎖。通過該方式確保圓盤7和還有掩模9相對於襯底3被適當地對齊。然後具有襯底3的襯底支架2被向上移動，如圖2C中所示。結果襯底3與掩模9 緊密接觸，這對於在通過PLD技術沉積在塗層中的掩模的清晰圖像是必要的。通過將掩模9與襯底緊密接觸，掩模9在開口 8中被稍微向上推動，以使得掩模9 被置於凸緣10上方。優勢在於，當掩模9和襯底3由於高溫膨脹時，掩模9不被圓盤7並且尤其是開口 8的凸緣10所約束。圖3顯示掩模20、21的兩個實施例。這些掩模20、21通常被應用於彼此之後。為確保掩模20、21被正確對齊，每個掩模20、21包括對齊標記22，所述對齊標記22被布置於掩模20、21上的預定位置處。使用這些對齊標記可以確定掩模的準確方位並將襯底與掩模對齊。圖4顯示根據本發明的設備的第二實施例25。該實施例25具有襯底支架26，所述襯底支架26具有安裝於頂部上的襯底27。具有定位尖頭29的柱28被布置於襯底支架 26的每個側面上。定位尖頭29與可旋轉圓盤31中的凹口 30聯鎖。這確保圓盤31與柱 28並且因此與襯底支架26的對齊。為確保掩模20與襯底27的適當對齊，顯微鏡32被降下以靠近掩模20。使用顯微鏡32能夠觀察對齊標記22以及掩模20下方的襯底27。先前掩模的對齊標記將在襯底27 上留下標記並且通過將這些標記與對齊標記22對齊確保下一個掩模20被適當地對齊。通過使用定位器34、35、36、37定位襯底支架26能夠執行對齊，所述定位器34、35、 36,37提供在全部三個維度上的移動以及旋轉。
權利要求
1.一種用於脈衝式雷射沉積的設備，所述設備包括-襯底支架，所述襯底支架上安裝有襯底；-靶支架，所述靶支架上安裝有靶材料並且與所述襯底支架相對；-雷射設備，所述雷射設備用於指引雷射束投射至所述靶材料上；以及-掩模，所述掩模布置於所述襯底上；其特徵在於，所述掩模被布置於可移動圓盤中，所述可移動圓盤能夠在軸向方向上移動至所述襯底支架並從所述襯底支架移動。
2.根據權利要求1所述的設備，其特徵在於所述可移動圓盤包括數個掩模。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其特徵在於所述可移動圓盤包括至少一個用於容納所述掩模的開口。
4.根據權利要求3所述的設備，其特徵在於所述開口包括用於支承所述掩模的凸緣。
5.根據上述任一權利要求所述的設備，其特徵在於包括用於推動至少一個掩模抵靠所述可移動圓盤的彈簧裝置。
6.根據上述任一權利要求所述的設備，其特徵在於包括布置於至少一個掩模的頂部上的載重以用於推動所述掩模抵靠所述可移動圓盤。
7.根據上述任一權利要求所述的設備，其特徵在於至少一個掩模包括用於將所述掩模相對於所述可移動圓盤對齊的主對齊裝置。
8.根據上述任一權利要求所述的設備，其特徵在於包括用於將所述可移動圓盤與所述襯底支架對齊的次對齊裝置。
9.根據權利要求8所述的設備，其特徵在於至少兩個對齊凹口被布置於襯底支架的相對側部上以用於與所述可移動圓盤配合對齊。
10.根據上述任一權利要求所述的設備，其特徵在於所述靶支架被布置於包括數個靶支架的可旋轉臂上。
11.根據上述任一權利要求所述的設備，其特徵在於包括用於觀察至少一個掩模相對於所述襯底的方位的視覺裝置。
12.根據權利要求11所述的設備，其特徵在於所述視覺裝置包括照相機或顯微鏡。
13.根據權利要求11或12所述的設備，其特徵在於所述視覺裝置能夠朝向至少一個掩模移動和遠離至少一個掩模移動。
14.根據權利要求11-13中任一權利要求以及權利要求10所述的設備，其特徵在於 所述視覺裝置被布置於所述可旋轉臂上。
15.一種用於操作根據權利要求10所述的設備的方法，所述方法包括以下步驟-將第一掩模布置於襯底的上方並且降下可移動圓盤，以使得所述掩模與所述襯底相鄰接；-使用雷射束照射靶材料，以使得將靶材料的塗層布置於與所述第一掩模相對應的所述襯底上；-向上移動所述可移動圓盤並且旋轉所述圓盤，以使得第二掩模被布置於所述襯底上方；以及-重複以上步驟。
16.根據權利要求15所述的方法，其特徵在於可旋轉臂被旋轉以使得具有第二靶材料的第二靶支架被布置為與所述襯底相對。
17.根據權利要求15或16所述的方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟在降下所述可移動圓盤後將所述襯底支架向上移動。
全文摘要
本發明涉及一種用於脈衝式雷射沉積的設備，所述設備包括襯底支架，所述襯底支架上安裝有襯底；靶支架，所述靶支架上安裝有靶材料並且與所述襯底支架相對；雷射設備，所述雷射設備用於指引雷射束投射至所述靶材料上；以及掩模，所述掩模布置於所述襯底上；其中所述掩模被布置於可移動圓盤中，所述可移動圓盤能夠在軸向方向上移動至所述襯底支架並從所述襯底支架移動。本發明還涉及用於操作該設備的方法。
文檔編號C23C14/28GK102459687SQ201080024534
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月14日 優先權日2009年4月22日
發明者J·A·揚森斯, J·J·布魯克瑪特, J·M·德克斯 申請人:索爾瑪特斯有限責任公司