专利名称：具有可互换掩模的脉冲式激光沉积的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于脉冲式激光沉积的设备，所述设备包括-衬底支架，所述衬底支架上安装有衬底；-靶支架，所述靶支架上安装有靶材料并且与衬底支架相对；-激光设备，所述激光设备用于指引激光束投射至靶材料上；以及-掩模(shadowmask)，所述掩模布置于衬底上。
背景技术：
脉冲式激光沉积(PLD)是用于在目标物上布置涂层的已知技术。利用该技术靶材料的材料被激光烧蚀，从而实现该靶材料的等离子体羽。该等离子体羽随后被沉积在衬底上，从而产生靶材料在衬底上的涂层。PLD起初被开发用于涂覆小的衬底表面，通常为10毫米乘10毫米。这通常用于研究环境中，其中小的衬底涂覆有各种具有高薄膜品质的材料。由该研究产生涂覆更大表面的需求。这已导致革新的技术，通过所述革新的技术能够涂覆具有若干英寸或更大的典型直径的表面。衬底能够使用该PLD技术涂覆有若干层。由于具有若干层的衬底，可以通过应用光刻法制造设备。该制造工艺的缺点为衬底必须从真空室被移除并且必须被运送至用于光刻法的无尘室。光刻工艺经常被用于微加工中以有选择地移除部分薄膜(或衬底的主体)。其被用于将几何图案从光掩模转移至衬底上的感光化学物(光敏抗蚀剂，或简称“抗蚀剂”)上。一系列的化学和/或物理处理随后将曝光图案刻到光敏抗蚀剂下方的材料内。 在复杂的集成电路(例如现代CMOS)中，晶片将经历光刻循环高达50次。有时需要将衬底运回至真空室以通过PLD布置额外的涂层。由于由衬底的灰尘颗粒所引起的污染风险，该方法是不期望的。另一缺点为具有薄膜和结构的衬底经常必须被再次加热以用于沉积工艺。冷却之后的加热能够对所沉积的薄膜的性能产生影响并且必须同样被加以限制。在沉积期间构造图案的另一方法是以小的掩模-衬底距离将掩模或漏印板放置于衬底的顶部上。该配置确保通过PLD在衬底上涂覆特定的图案。该掩模通过螺丝或螺栓被附接至衬底并且通常被安装在真空室外的衬底上和从真空室外的衬底上移除。需要将掩模与衬底布置成紧密接触以实现使掩模的清晰图像传递至衬底上。由于现有PLD技术将衬底支架竖直布置，因此，该种附接更为必要。如果掩模没有适当地附接至衬底，则掩模可以移动或甚至从衬底松掉。
发明内容
因此，本发明的一个目的是至少部分地解决上述的问题。通过本发明实现该目的，所述发明的特征在于掩模被布置于可移动圆盘中，所述可移动圆盘在轴向方向上可移动至衬底支架并从衬底支架移动。使用根据本发明的设备，可以在期望的时候布置并且移除掩模。这通过远离衬底
4支架移动可移动圆盘来完成，以使得圆盘在平行于衬底表面的方向上自由移动。然后圆盘被移动至所期望的位置，例如移动至掩模被定位于衬底支架上方的位置中。最后，圆盘再次被降下至衬底支架上，以使得在衬底支架上的衬底与布置于可移动圆盘中的掩模之间建立紧密的接触。圆盘的移动可能为旋转、平移或两者在一个或更多维度上的组合。优选地，圆盘能够在轴向方向上被平移并且围绕轴线被旋转。优选地，可移动圆盘包括若干掩模。这使PLD技术能够制造具有复杂结构的设备。在根据本发明的设备的一个实施例中，可移动圆盘包括至少一个用于容纳掩模的开口。优选地，开口包括用于支承掩模的凸缘。在该实施例中，掩模被容纳于开口中，所述开口确保掩模相对于可移动圆盘的正确位置。根据本发明的设备的一个优选实施例包括用于推动至少一个掩模抵靠可移动圆盘的弹簧装置。当掩模被弹力安装时，能够解决在与衬底表面垂直的方向上对齐中的小差异。 此外，弹簧装置提供相当大的恒力，掩模通过所述恒力被压靠在衬底上。为了大面积PLD，衬底有时被旋转。如果衬底旋转，则掩模必须同样旋转。为确保旋转的掩模和衬底之间的间隙较小，相对较重的环能够被放置于掩模的顶部上从而能够开发出额外的作用力。该环被放置成使得没有掩模的孔被覆盖。环可以具有复杂的结构以使得掩模的中间部位也能够被推靠在衬底上。在根据本发明的设备的另一优选实施例中，至少一个掩模包括用于将掩模相对于可移动圆盘对齐的主对齐装置。这些对齐装置可以例如包括布置于掩模上的脊，所述脊与可移动圆盘中的凹口协同发挥作用。在根据本发明的设备的又一优选实施例中，设备包括用于将可移动圆盘与衬底支架对齐的次对齐装置。圆盘可以例如处于一定角度下，以使得掩模没有与衬底适当地接触。 同样由于圆盘的偏心，可能的情况是，在没有次对齐装置的情况下，并非所有的掩模会被同样地对齐。优选地，至少两个对齐凹口被布置于衬底支架的相对侧部上以用于与可移动圆盘配合对齐。例如布置于圆盘或掩模上的销可能被插入这些对齐凹口内。在根据本发明的设备的一个非常优选的实施例中，靶支架被布置于包括数个靶支架的可移动臂上。这使操作员能够将若干材料沉积在衬底上而不必打开真空室以交换靶材料。通过组合可交换的掩模，可以制造包括若干层的复杂设备，所述若干层由不同材料制成且具有不同的图案。本发明的再另一实施例包括用于观察至少一个掩模相对于衬底的方位的视觉装置。优选地，视觉装置包括照相机或显微镜。通过本发明，若干掩模能够被容易地交换，但是掩模仍然必须相对于衬底结构对齐。使用测微器进动将若干掩模相对于衬底对齐能够根据本发明通过定位器和视觉装置 (诸如光学或扫描电子显微镜)来完成。使用该显微镜，在操纵过程中能够观察衬底相对于
掩模在平面中的移动U，y)以及旋转(Ψ )。被放置于夹持器上的衬底应该在χ，y，ζ上
可被定位以及旋转。显微镜观察能够被用作在进行衬底相对于掩模定位时的反馈。当视觉装置不能在一个视图中观察掩模时或当期望特写时，优选的是视觉装置能够在平行于掩模的至少两个维度上被移动。在第三个维度上的移动能够被用于聚焦视觉装置和/或用于移除视觉装置。在另一实施例中，视觉装置能够朝向至少一个掩模移动或者远离至少一个掩模移动。优选地，视觉装置被布置于可旋转臂上。然而，视觉装置还能够被布置于分开的导轨上， 所述导轨被附接至真空室壁等。为查看表面并且衬底相对于掩模的位置，光学显微镜优选地必须被直接放置于掩模上方以观察对齐标记，所述对齐标记通常被用于光刻法中以连续对齐若干标记。本发明还涉及一种用于操作根据本发明的设备的方法，所述方法包括以下步骤-将第一掩模布置于衬底上方并且降下可移动圆盘，以使得掩模与衬底邻接；-使用激光束照射靶材料，以使得靶材料的涂层被布置于与第一掩模相对应的衬底上；-将可移动圆盘向上移动并且旋转圆盘，以使得第二掩模被布置于衬底上方；以及-重复以上步骤。在根据本发明的方法的另一实施例中，可旋转臂被旋转以使得具有第二靶材料的第二靶支架被布置成与衬底相对。优选地，根据本发明的方法包括步骤在降下可移动圆盘后将衬底支架向上移动。 这可以将可移动圆盘与衬底支架适当地对齐，并且通过将衬底支架向上移动，确保衬底被压至掩模上以确保紧密接触。在根据本发明的设备的任一上述实施例中，优选的是重力方向与衬底表面垂直， 并且掩模被布置于衬底顶部上。
本发明的这些以及其他特征和优势将结合附图加以阐明。图1以立体图示意性显示根据本发明的设备的一个实施例。图2A-2C显示使用根据图1所示的设备将掩模布置于衬底上的三个步骤。图3显示掩模的两个实施例。图4显示根据本发明的设备的第二实施例。
具体实施例方式图1示意性显示本发明的实施例1。该设备1包括衬底支架2以及安装于衬底支架2上的衬底3。该衬底支架2在竖直方向上可移动。具有四个臂5的可旋转机架4被布置于衬底支架2上方。靶支架6被布置于臂5 的每个自由端部上。特定靶材料能够被布置于每个靶支架上。可旋转圆盘7被布置于靶支架6和衬底支架2之间。圆盘7具有五个开口 8，掩模 9被布置于所述开口 8中(除去一个开口 8)。从其中不存在掩模9的开口 8，清楚的是每个开口都设有支承掩模9的凸缘10。图2A以剖视图显示根据图1的设备1。在衬底支架2的每个侧面上，柱11布置有定位尖头12。该尖头12用于与可旋转圆盘7中的凹口 13联锁。这确保可旋转圆盘7相对于衬底支架2和衬底3的正确对齐。
掩模9本身在底部设有减小的直径，所述减小的直径几乎与凸缘10的内直径相同。这确保掩模9相对于可旋转圆盘7的适当的对齐。数个弹簧元件14存在于掩模9的顶部上，所述弹簧元件14将掩模9推动至圆盘 7的开口 8内。在如图2B中所示的下一步中，可旋转圆盘7被降下，以使得尖头12与凹口 13联锁。通过该方式确保圆盘7和还有掩模9相对于衬底3被适当地对齐。然后具有衬底3的衬底支架2被向上移动，如图2C中所示。结果衬底3与掩模9 紧密接触，这对于在通过PLD技术沉积在涂层中的掩模的清晰图像是必要的。通过将掩模9与衬底紧密接触，掩模9在开口 8中被稍微向上推动，以使得掩模9 被置于凸缘10上方。优势在于，当掩模9和衬底3由于高温膨胀时，掩模9不被圆盘7并且尤其是开口 8的凸缘10所约束。图3显示掩模20、21的两个实施例。这些掩模20、21通常被应用于彼此之后。为确保掩模20、21被正确对齐，每个掩模20、21包括对齐标记22，所述对齐标记22被布置于掩模20、21上的预定位置处。使用这些对齐标记可以确定掩模的准确方位并将衬底与掩模对齐。图4显示根据本发明的设备的第二实施例25。该实施例25具有衬底支架26，所述衬底支架26具有安装于顶部上的衬底27。具有定位尖头29的柱28被布置于衬底支架 26的每个侧面上。定位尖头29与可旋转圆盘31中的凹口 30联锁。这确保圆盘31与柱 28并且因此与衬底支架26的对齐。为确保掩模20与衬底27的适当对齐，显微镜32被降下以靠近掩模20。使用显微镜32能够观察对齐标记22以及掩模20下方的衬底27。先前掩模的对齐标记将在衬底27 上留下标记并且通过将这些标记与对齐标记22对齐确保下一个掩模20被适当地对齐。通过使用定位器34、35、36、37定位衬底支架26能够执行对齐，所述定位器34、35、 36,37提供在全部三个维度上的移动以及旋转。
权利要求
1.一种用于脉冲式激光沉积的设备，所述设备包括-衬底支架，所述衬底支架上安装有衬底；-靶支架，所述靶支架上安装有靶材料并且与所述衬底支架相对；-激光设备，所述激光设备用于指引激光束投射至所述靶材料上；以及-掩模，所述掩模布置于所述衬底上；其特征在于，所述掩模被布置于可移动圆盘中，所述可移动圆盘能够在轴向方向上移动至所述衬底支架并从所述衬底支架移动。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述可移动圆盘包括数个掩模。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述可移动圆盘包括至少一个用于容纳所述掩模的开口。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于所述开口包括用于支承所述掩模的凸缘。
5.根据上述任一权利要求所述的设备，其特征在于包括用于推动至少一个掩模抵靠所述可移动圆盘的弹簧装置。
6.根据上述任一权利要求所述的设备，其特征在于包括布置于至少一个掩模的顶部上的载重以用于推动所述掩模抵靠所述可移动圆盘。
7.根据上述任一权利要求所述的设备，其特征在于至少一个掩模包括用于将所述掩模相对于所述可移动圆盘对齐的主对齐装置。
8.根据上述任一权利要求所述的设备，其特征在于包括用于将所述可移动圆盘与所述衬底支架对齐的次对齐装置。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于至少两个对齐凹口被布置于衬底支架的相对侧部上以用于与所述可移动圆盘配合对齐。
10.根据上述任一权利要求所述的设备，其特征在于所述靶支架被布置于包括数个靶支架的可旋转臂上。
11.根据上述任一权利要求所述的设备，其特征在于包括用于观察至少一个掩模相对于所述衬底的方位的视觉装置。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于所述视觉装置包括照相机或显微镜。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于所述视觉装置能够朝向至少一个掩模移动和远离至少一个掩模移动。
14.根据权利要求11-13中任一权利要求以及权利要求10所述的设备，其特征在于 所述视觉装置被布置于所述可旋转臂上。
15.一种用于操作根据权利要求10所述的设备的方法，所述方法包括以下步骤-将第一掩模布置于衬底的上方并且降下可移动圆盘，以使得所述掩模与所述衬底相邻接；-使用激光束照射靶材料，以使得将靶材料的涂层布置于与所述第一掩模相对应的所述衬底上；-向上移动所述可移动圆盘并且旋转所述圆盘，以使得第二掩模被布置于所述衬底上方；以及-重复以上步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于可旋转臂被旋转以使得具有第二靶材料的第二靶支架被布置为与所述衬底相对。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤在降下所述可移动圆盘后将所述衬底支架向上移动。
全文摘要
本发明涉及一种用于脉冲式激光沉积的设备，所述设备包括衬底支架，所述衬底支架上安装有衬底；靶支架，所述靶支架上安装有靶材料并且与所述衬底支架相对；激光设备，所述激光设备用于指引激光束投射至所述靶材料上；以及掩模，所述掩模布置于所述衬底上；其中所述掩模被布置于可移动圆盘中，所述可移动圆盘能够在轴向方向上移动至所述衬底支架并从所述衬底支架移动。本发明还涉及用于操作该设备的方法。
文档编号C23C14/28GK102459687SQ201080024534
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月14日 优先权日2009年4月22日
发明者J·A·扬森斯, J·J·布鲁克玛特, J·M·德克斯 申请人:索尔玛特斯有限责任公司