CN102965636A

CN102965636A - 使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置及其方法

Info

Publication number: CN102965636A
Application number: CN2011102572641A
Authority: CN
Inventors: 周军; 傅昶
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-03-13

Abstract

本发明提供了一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，包括用于支撑基片的承载台，承载台包括控制单元，用于控制承载台的移动；侦测器，用以测量靶消耗的厚度，侦测器与控制单元信号连接。本发明还提供了一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的方法，包括利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并将厚度值发送至承载台的控制单元；控制单元根据靶消耗的厚度控制承载台移动的距离。本发明提供的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，利用承载台中的控制单元控制所述承载台的移动，以弥补由于靶材消耗引起的靶有效表面与承载台上的待镀基片之间距离的变化，同时调整靶材下表面与磁体之间的距离使之保持不变，最终使物理气相沉积薄膜的厚度保持不变，保证了工艺质量，使整个工艺过程可控性更高。

Description

使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置及其方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置及其方法。

背景技术

物理气相沉积(以下也简称“PVD”)制程是一种已知用来沉积材料薄膜于基底的方法，通常用来制造半导体装置。PVD制程是在高真空反应室中完成，上述反应室(chamber)之中含有基片(例如晶圆)以及预沉积于基底上的材料固体来源或厚板，亦即PVD靶材。在PVD制程中，PVD靶材材料被带电气体离子轰击后，发生溅射，溅射出来的靶材材料沉积在基片的表面，形成所需要的薄膜材料。

有许多用以完成PVD的方法，例如蒸镀、电子束蒸镀、等离子喷涂沉积以及溅镀(sputtering)。目前，溅镀是一种用来执行PVD最常用的方法。其中磁控溅射以能够大大提高溅镀速率而被广泛关注。磁控溅射是指在阴极(通常为靶材)与阳极(通常为安装待镀基片的基片安装座或镀膜腔体壁)之间加一个正交磁场和电场，在真空镀膜腔体中充入所需要的惰性气体(通常为氩气)，在电场的作用下，氩气电离成氩离子(带正电荷)和电子，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子(或分子)沉积在待镀基片上成膜。同时，氩离子在轰击靶材时放出二次电子，二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦磁力的影响，被束缚在靠近靶材表面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高。在电磁场的共同作用下，二次电子的运动轨迹为沿电场方向加速，同时绕磁场方向螺旋前进的复杂曲线，使得该二次电子的运动路径变长，在运动过程中不断与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚，远离靶材，最终以极低的能量飞向待镀基片，使得待镀基片的升温较低。

磁控溅射利用磁场束缚以延长二次电子的运动路径，改变二次电子的运动方向，提高惰性气体的电离率和有效利用电子的能量，从而提升溅射速率。然而随着靶材的消耗，用以溅射靶材料的靶有效表面与待镀基片之间的距离发生了改变，即所述有效表面与待镀基片之间的距离增长，在相同的沉积时间内，所沉积的薄膜变薄，达不到薄膜沉积工艺的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置及其方法，以解决如何使沉积的薄膜厚度稳定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供了一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，包括：用于支撑基片的承载台，所述承载台包括控制单元，用于控制所述承载台的移动；侦测器，用以测量靶消耗的厚度，所述侦测器与所述控制单元信号连接。

进一步的，使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置还包括位置控制元件，根据所述靶消耗的厚度值调整所述靶和磁体之间的距离。

进一步的，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和所述磁体之间的距离。

进一步的，所述侦测器为称重器。

进一步的，所述侦测器为红外线发生器。

进一步的，所述侦测器为声学侧厚仪。

进一步的，所述承载台为静电吸附吸盘。

本发明提供还提供了一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的方法，包括：利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并将所述厚度值发送至承载台的控制单元；所述控制单元根据所述靶消耗的厚度控制所述承载台移动的距离。

进一步的，使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置还包括位置控制元件，利用所述侦测器测量所述靶消耗的厚度值，并将所述厚度值发送至所述位置控制元件，所述位置控制元件根据所述靶消耗的厚度值调整所述靶和磁体之间的距离，使所述靶的有效表面磁场强度稳定。

进一步的，所述位置控制元件包括数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器信号连接，用以接收所述侦测器测量的所述靶消耗的厚度值。

进一步的，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和磁体之间的距离。

本发明提供的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，利用承载台中的控制单元控制所述承载台的移动，以弥补由于靶材消耗引起的靶有效表面与承载台上的待镀基片之间距离的变化，同时调整靶材下表面与磁体之间的距离使之保持不变，最终使物理气相沉积薄膜的厚度保持不变，保证了工艺质量，使整个工艺过程可控性更高。

进一步地，使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置还包括的位置控制元件，根据所述靶消耗的厚度值调整所述靶和磁体之间的距离，以使靶表面的磁场强度稳定，增强了靶材材料在物理气相沉积过程中沉积速率的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置及其方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，利用承载台中的控制单元控制所述承载台的移动，以弥补由于靶材消耗引起的靶有效表面与承载台上的待镀基片之间距离的变化，同时调整靶材下表面与磁体之间的距离使之保持不变，最终使物理气相沉积薄膜的厚度保持不变，保证了工艺质量，使整个工艺过程可控性更高。

图1是本发明实施例提供的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置的结构示意图。参照图1，用于支撑基片17的承载台18，所述承载台18包括控制单元(图中未示出)，用于控制所述承载台18的移动；侦测器14，用以测量靶12消耗的厚度，所述侦测器14与所述控制单元信号连接。

使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置还包括位置控制元件15，根据所述靶11消耗的厚度值调整所述靶11和磁体12之间的距离，所述位置控制元件15包括一数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器14信号连接，用以接收所述侦测器14测量的靶消耗的厚度。在本实施例中，所述侦测器14与所述位置控制元件15之间连接有数据传输线，以使靶11消耗的厚度值能够从侦测器14传输至位置控制元件15中的数据接收单元。在本实施例中，所述磁体12为马蹄形磁铁。

所述使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置位于物理气相沉积腔室19内，所述物理气相沉积腔室19为真空腔。

具体地，所述位置控制元件15还包括螺纹杆，用以精确调整所述靶11和所述磁体12之间的距离。在靶11的有效表面13的相对面处设置有阴极16，在靶11的下方设置有被溅射的基片17，在基片17与靶11之间分布有等离子体，承载台18置于基片17的下面用于支撑基片17，承载台18的底部设置有阳极16’。在本实施例中，所述承载台18为静电吸附吸盘，能够牢牢固定所述基片17，承载台18内包含有控制单元，能够控制承载台18的移动。

在本实施例中，侦测器14为一称重器，称重器位于靶11的有效表面13的相对面，用于测量靶11的相对重量，将测得的靶11消耗的重量转换为靶11厚度的变化量。本领域的普通技术人员应该理解，所述侦测器14不仅仅局限为称重器，还可以是其他测量厚度的仪器，诸如，声学侧厚仪，能够利用声波测得靶11消耗的厚度，并将测得的厚度的变化量发送至位置控制元件15；红外线发生器(图中未示出)，所述红外发生器位于物理气相沉积腔室19的进口处，红外线发生器发射红外线到达靶11的有效表面13处，测得靶11厚度的变化量，并将测得的厚度的变化量发送至位置控制元件15。

图2为是本发明实施例提供的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的方法的步骤流程图。参照图2，使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的方法，包括：

S21、利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并将所述厚度值发送至承载台的控制单元；

S22、所述控制单元根据所述靶消耗的厚度控制所述承载台移动的距离。

在物理气相沉积的过程中，随着靶材料的消耗，靶11的重量逐渐减少，侦测器14测得靶11厚度的变化量。将所述靶11厚度的变化量发送至承载台18的控制单元，所述控制单元根据靶11消耗的厚度控制所述承载台18移动的距离。具体地，靶11消耗的厚度，使得靶11的有效表面13离基片17的距离变远，因此，需要将基片17朝靠近靶的有效表面13的方向移动，因此，承载台18根据靶11消耗的厚度值将基片17进行提升，提升的距离为靶11消耗的厚度值。经过调节靶11的有效表面13与基片17之间的距离，使溅射至基片17表面的靶材料沉积速率保持不变，进一步能够保证工艺中所要沉积的薄膜的厚度。

由于靶材料的消耗，使得靶11的有效表面13更加靠近靶11上方的磁体12，进一步使得靶11的有效表面的磁场强度发生了变化，溅射强度发生改变，最终影响沉积速率，因此，为了稳定沉积速率，需要保证靶11的有效表面的磁场强度不变。在本实施例中，将靶11厚度的变化量发送至位置控制元件15，位置控制元件15根据所述靶11消耗的厚度调整所述靶11和所述磁体12之间的距离，由于靶材的消耗，使得靶11的有效表面13离磁体12的距离变近，因此，位置控制元件15将磁体12朝远离靶11的方向移动，移动的距离为靶11消耗的厚度。保证磁体12与靶11有效表面13维持固定的距离，能够保证在靶11的有效表面13产生稳定的磁场强度，从而增强了靶材材料在物理气相沉积过程中沉积速率的稳定性，使整个工艺过程的可控性更高。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，其特征在于，包括：

用于支撑基片的承载台，所述承载台包括控制单元，用于控制所述承载台的移动；

侦测器，用以测量靶消耗的厚度，所述侦测器与所述控制单元信号连接。

2.根据权利要求1所述的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，其特征在于，还包括位置控制元件，根据所述靶消耗的厚度值调整所述靶和磁体之间的距离。

3.根据权利要求2所述的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，其特征在于，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和所述磁体之间的距离。

4.根据权利要求1至3中任一项的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，其特征在于，所述侦测器为称重器。

5.根据权利要求1至3中任一项的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，其特征在于，所述侦测器为红外线发生器。

6.根据权利要求1至3中任一项的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，其特征在于，所述侦测器为声学侧厚仪。

7.根据权利要求1至3中任一项的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置，其特征在于，所述承载台为静电吸附吸盘。

8.一种使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的方法，包括：

利用侦测器测量靶消耗的厚度值，并将所述厚度值发送至承载台的控制单元；

所述控制单元根据所述靶消耗的厚度控制所述承载台移动的距离。

9.根据权利要求8所述的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的方法，其特征在于，使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的装置还包括位置控制元件，利用所述侦测器测量所述靶消耗的厚度值，并将所述厚度值发送至所述位置控制元件，所述位置控制元件根据所述靶消耗的厚度值调整所述靶和磁体之间的距离，使所述靶的有效表面磁场强度稳定。

10.根据权利要求9所述的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的方法，其特征在于，所述位置控制元件包括数据接收单元，所述数据接收单元与所述侦测器信号连接，用以接收所述侦测器测量的所述靶消耗的厚度值。

11.根据权利要求9所述的使物理气相沉积薄膜的厚度稳定的方法，其特征在于，所述位置控制元件还包括螺纹杆，用以调整所述靶和磁体之间的距离。