CN103814434A - 晶片保持器和温度调节装置和制造晶片的方法 - Google Patents

Abstract

晶片保持器和温度控制布置具有覆盖加热器隔室的金属圆形晶片载板。在加热器隔室中，布置多个加热器灯管，其直接作用于圆形晶片载板上。圆形晶片载板可绕中心轴线被驱动旋转。利用重量环来将晶片保持在圆形晶片载板上，重量环安放于在晶片载板上所淀积的晶片外围。

Description

晶片保持器和温度调节装置和制造晶片的方法

技术领域

本发明针对于晶片保持器和温度调节布置，贯穿本说明书也被称作“卡盘/夹盘（chuck）布置”，以及使用这样的夹盘布置来制造涂布晶片的方法。

背景技术

在真空加工腔室中加工期间用来定位和保持硅晶片并且在这种加工期间进行温度调节的夹盘布置是众所周知的。由此，真空加工可包括物理气相淀积工艺和/或化学气相淀积工艺以便在晶片上执行层淀积，可在晶片上或对晶片进行蚀刻，可加热或冷却晶片。

由此，晶片通常通过静电力或固持重量环而保持在夹盘布置上，固持重量环搁置在正被加工的晶片的外围上、并且通过重量而对于晶片朝向夹盘布置的晶片载体表面上进行偏压。

取决于在真空加工腔室中建立的真空压力，从夹盘布置到晶片或从晶片到夹盘布置的传热主要通过辐射来进行。众所周知在夹盘布置的载体表面与安放于所提到的表面上的晶片表面之间建立/形成气垫，气垫相对于晶片周围的加工气氛的真空压力而言处于增加的压力以便向所提到的辐射传热添加热传导传热。

在制造和销售由OC Oerlikon Balzers策划的CLN 300 真空加工的情形下，一种旋转夹盘布置已变得为人所知，其具有将借助于图1加以解释的结构。此图示意性地并且高度简化地示出了这样的现有技术旋转夹盘布置的结构。所提到的旋转夹盘布置的主要功能是允许使用具有多个目标的溅射源。夹盘布置和因此定位于并且保持于这种布置上的晶片的旋转确保了所形成的层是均一的。

晶片保持器和温度调节布置1（也被称作夹盘布置1）包括待安装于具有加工空间P的真空加工腔室的壁5上的基座布置3。基座布置3具有朝向加工空间P的突伸肋状物7图案，突伸肋状物7绕总夹盘布置1的中心轴线A同心。在基座布置3内设有同样关于轴线A同心的加热器隔室9，其为环形腔室，其中，安装并且操作四个加热器灯管11。加热器灯管11各自不同地位于加热器隔室9中，具有离轴线A不同的间距和关于从轴线A至加热器隔室9的圆形外围壁的径向方向r不同的角取向。

在操作中，加热器隔室9和因此加热器灯管11在加工腔室内的真空中。突伸肋状物7的同心图案匹配着加工于金属圆形晶片载板15的表面上的相应圆形凹槽13的图案。利用所提到的肋状物7和凹槽13的图案，用来在基座布置3与金属圆形晶片载板15之间传热的有效表面加倍。此外，基座布置3以及金属圆形晶片载板15被涂布特殊黑色涂层，其吸收热辐射，即红外辐射。

金属圆形晶片载板15由操作性地连接到伺服马达19的驱动轴杆17来驱动。与轴线A同轴的驱动轴杆17和金属圆形晶片载板15是与基座布置3以及与真空加工腔室的壁5电隔离的，并且可因此（未图示）以任何所希望的电偏压信号来操作。

驱动轴杆17还包括同轴的气体进给管线21，其一方面操作性地连接到气体源布置23并且其另一方面在气体出口和气体分流系统26中与气体分布凹槽28抵接，气体分布凹槽28设置于金属圆形晶片载板15的基本上平面表面25中，在操作中，待加工的晶片27位于该金属圆形晶片载体15的基本上平面表面25上。晶片27利用重量环29固持于金属圆形晶片载板15上，重量环29通过其适当重量使晶片27朝向金属圆形晶片载板15的所提到的表面25并且在该表面25上偏压。利用气体进给系统21、23，气体出口26和在所提到的表面25中的气体分布凹槽28，在操作中，以大于加工空间P中的操作真空压力的压力而形成垫衬气垫，该垫衬气垫（back gas cushion）改进了从金属圆形晶片载板15朝向晶片27、或从晶片27开始的通过热传导的传热。

基座布置3还包括冷却系统31的管路，冷却系统31的管路被设想到使液体冷却介质在基座布置3中流动。在从加热器隔室9或从具有管路的冷却系统31向或自晶片27之间的传热在介于基座布置3与金属圆形晶片载板15之间的实心材料表面界面上，以及在垫衬气垫上从板15向或自晶片27进行。由此，特别地基座布置3的热惯性（thermical inertia）显著地造成反应时间，其为晶片27的温度对施加到基座布置上的加热或冷却步骤做出反应的时间。取决于晶片27的直径，能允许实现加热器灯管11中的两个或四个。加热器灯管11在加热器隔室9内的个别位置被优化以在一旦实现了晶片27的热稳定的情况下得到沿着晶片27的均匀温度分布，晶片27如图1以w所示随着金属圆形晶片载板15和重量环29一起旋转。

利用图1中所示的已知布置，可加工300 mm或200mm硅晶片。晶片可达到的最高温度为大约200℃并且因此金属圆形晶片载板15的表面也可达到大约200℃的温度。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种待安装于真空晶片处理腔室的晶片保持器和温度调节布置，其允许大量不同的晶片加工，由此额外地简化了已知并且借助于图1所例示的晶片保持器和温度调节布置的总结构。

这通过待安装到真空晶片处理腔室上的晶片保持器和温度调节布置来实现，其包括：

·基座布置，其具有延伸的基本上平面表面，延伸的基本上平面表面以绕基本上平面表面的中心的突伸圆形边沿表面为界；

·金属圆形晶片载板，其相对于基本上平面表面的中心居中安装，金属圆形晶片载板的一个表面、延伸的基本上平面表面和突伸圆形边沿表面共同限定着加热器隔室，金属晶片载板相对于基座布置围绕着穿过基本上平面表面的中心的几何轴线可被驱动旋转；

·多个加热器灯管，其沿着延伸的基本上平面表面和沿着金属圆形晶片载板的一个表面而布置于加热器隔室中并且直接向此表面暴露并且安装到基座布置上；

·晶片固持布置，其操作性地联接到金属圆形晶片载板。

由于金属圆形晶片载板本身形成其中设置加热器灯管的加热器隔室的一个壁，金属圆形晶片载板由加热器灯管通过辐射直接加热并且在施加到所提到的晶片载板的晶片与加热器灯管之间存在很少的热惯性。这明显地有助于这一事实：可沿着金属圆形晶片载板和因此沿着安放于所提到的载板上的晶片实现至少800℃的很高的最高温度。在根据本发明的晶片保持器和温度调节布置的一实施例中，此布置包括电功率控制单元，控制着到多个加热器灯管的功率。此功率控制单元被设想到操作多个加热器灯管以便沿着与其所述一个表面相反和因而在操作中在上面安放晶片的金属圆形晶片载板的另一表面上实现在所提到的另一表面上平均化的至少800℃的最高温度。

由此，晶片加工和特别地晶片的涂布在真空晶片处理腔室中变得可能，到目前为止，利用已知的晶片保持器和温度调节布置这是不可能的。此外，在加热器灯管与晶片之间的微小热惯性允许在晶片处高度地直接的和低时间滞后的温度调整。

晶片载板在目前优选的实施例中可绕几何轴线被驱动旋转，因为如在图1的情形下所示，驱动轴杆被引导穿过该基座布置并且联接到金属圆形晶片载板，金属圆形晶片载板在目前优选的实施例中与可在所希望的电偏压电位操作的基座布置电隔离。

目前优选实施例的晶片固持布置如图1所示由重量环实现，但也可以不同的方式来实现，例如，利用永磁体和/或电磁固持构件。

在真空气氛中操作的加热器隔室直接向金属圆形晶片载板暴露额外地减轻了构建工作。

在除非相矛盾可与前文和后文提到的实施例中任何实施例相组合的本发明的一实施例中，多个加热器灯管包括多个相同的加热器灯管，其安装于加热器隔室中，相对于从中心到圆形边沿表面的径向方向而相同地定位/取向。由此，在另一实施例中，加热器灯管的长度延伸方向相对于从基本上平面表面的中心朝向突伸圆形边沿表面的径向方向而角偏移。

在除非相矛盾可与前文和后文提到的实施例中任何实施例组合的本发明的另一实施例中，可调整在加热器隔室中的加热器灯管的至少一部分的位置以便优化沿着安置于金属圆形晶片载板上并且随着金属圆形晶片载体和因此相对于加热器灯管旋转的晶片的温度分布。

类似于关于图1的解释，也在若不矛盾可与先前和随后提到的实施例中任何实施例组合的本发明的一实施例中，穿过并且沿着金属圆形晶片载板的另一表面（其为直接向晶片暴露的表面）设置一种气体出口和分配布置。

也类似于在图1的情形中给出的解释，在除非相矛盾可与前文和后文提到的实施例中任何实施例相组合的本发明的一实施例中，在基座布置中设置一种管路布置，管路布置被设想到使其中的液体，即一种冷却液体流动，以在每当需要时冷却经加工的晶片。应当指出的是由于较小的热惯性，根据本发明对晶片的这种冷却效果比利用图1的已知布置显著更快。

另外，在除非相矛盾可与前文和后文提到的实施例中任何实施例相组合的本发明的一实施例中，晶片固持布置为重量环，其尺寸适于安放于待加工的晶片外围，由此则重量环优选地被设想为电连接到电偏压源。

在除非相矛盾可与前文和后文提到的实施例中任何实施例相组合的本发明的一实施例中，加热器灯管具有填充了在延伸的基本上平面表面与金属圆形晶片载体的一个表面之间的加热器隔室而不接触这些表面的厚度范围。换言之，加热器隔室厚度实际上被加热器灯管的厚度范围所填充。

在除非相矛盾可与前文和后文提到的实施例中任何实施例相组合的本发明的一实施例中，延伸的基本上平面表面和突伸外围圆形边沿表面为热反射器表面，其优选地被高光泽度抛光。由此，由加热器灯管生成的热仅将基座布置加热到有限程度，因为其由所提到的表面直接朝向金属圆形晶片载板反射。此实施例目前是非常优选的。

在除非相矛盾可与前文和后文提到的实施例中任何实施例相组合的本发明的另一实施例中，金属圆形晶片载板与基座布置电隔离并且优选地被设想为电连接到电偏压源。

更具体而言，本发明的晶片保持器和温度调节布置并且在除非矛盾可与上文提到的实施例中的任何实施例相组合的具体实施例中，晶片载板被设想到用于下列之一：

·100mm直径晶片，由此多个加热器灯管包括四个500W卤素加热器灯管；

·150mm直径晶片，由此所提到的多个包括五个500W卤素加热器灯管；

·200mm直径晶片，由此所提到的多个包括十个250W卤素加热器灯管。

本发明还针对于一种制造被涂布有层的晶片的方法，包括：

·在真空加工涂布腔室中设置一种晶片保持器和温度调节布置，晶片保持器和温度调节布置包括：

       -基座布置，其具有延伸的基本上平面表面，延伸的基本上平面表面以绕基本上平面表面的中心的一种突伸圆形边沿表面为界；

       -金属圆形晶片载板，其相对于基本上平面表面的中心而居中安装，金属圆形晶片载板的一个表面、延伸的基本上平面表面和突伸圆形边沿表面共同地限定了一种加热器隔室，金属晶片载板相对于基座布置围绕着一种穿过基本上平面表面的中心的几何轴线可被驱动旋转；

       多个加热器灯管，其沿着延伸的基本上平面表面和金属圆形晶片载板的一个表面而布置于加热器隔室中，并且直接地向金属圆形晶片载板的一个表面暴露并且安装到基座布置上；

       -晶片固持布置，其操作性地联接到金属圆形晶片载板，以及

       -电功率控制单元，其控制多个加热器灯管的功率并且被设想到操作多个加热器灯管以便沿着与其一个表面相反的金属圆形晶片载板的另一个表面而形成在另一表面上平均化的预定温度，

·在金属圆形晶片载板的另一表面上淀积一种待涂布的晶片；

·在操作电功率控制单元以将晶片加热到至少800℃时驱动旋转金属圆形晶片载板；以及

·在晶片上淀积层。

由此，在所提到的方法的框架中，可采用在上文根据本发明的这样的晶片保持器和温度调节布置的情形下提到的实施例中任何实施例的一种晶片保持器和温度调节布置。另外，如果提及涂布“晶片”，理解为向这样的晶片施加涂层，其包括已经施加的在硅晶片与待施加的一层或多层的涂层之间的涂层。

在所提到的方法的优选实施例中，所施加/涂覆的层为锆钛酸铅，其优选地通过共溅射铅、锆和钛而施加/涂覆。

附图说明

现将借助于另外的附图进一步例示本发明。由此，这些另外的附图示出：

图2：以与图1的表示类似的表示，根据本发明的一种温度保持器和温度调节布置，利用它来实现根据本发明的方法。

图3：根据本发明并且如在图2中示例用于加工100mm直径晶片的晶片保持器和温度调节布置的加热器隔室的简化示意顶视图。

图4：与图3的表示类似的表示，该布置被设想到加工150mm直径晶片。

具体实施方式

根据图2，基座布置103安装到具有加工空间P的真空加工腔室的壁5上。根据本发明的晶片保持器和温度调节布置（夹盘布置）101的基座布置103具有基本上平面表面107，其以圆形突伸边沿表面108为边界。边沿表面108绕基座布置103的基本上平面表面107的中心轴线A为圆形。由此在基座布置103中形成的容纳室109由圆形金属晶片载板115闭合，圆形金属晶片载板115的配置如已经在图1的情形下所描述的那样，具有一种气体出口和一种分布系统128，通过在驱动轴杆117内居中的一种气体进给管线121而被进给垫衬气体用于旋转地驱动金属圆形晶片载板115。通过进给管线121和出口与分布系统128，垫衬气垫可自（如示意性地示出）气体储集器123施加于金属圆形晶片载板115的顶表面与待加工的晶片127之间。驱动轴杆117由马达119驱动（如示意性地示出）。如在图1中已经示意性地示出，分别设置真空密封件30、130。

金属圆形晶片载板115的底表面116闭合了由边沿表面108和基本上平面表面107形成于基座布置103中的容纳室109，由此限定了热隔室110：热隔室110在一侧受到可旋转驱动的金属圆形晶片载板115限制。在加热器隔室110中，安装了多个加热器灯管111，金属圆形晶片载板向加热器灯管111直接暴露。加热器灯管111的底座和电连接仅在图2中以111_o和111_i示意性地示出。容纳室109的表面，即突伸圆形边沿表面108以及基本上平面表面107被实现为热反射表面，优选地被高光泽地抛光。

如在图3和图4中例示，加热器灯管111相对于从平面表面107的中心A至圆形边沿表面108的径向方向R全都具有相同取向。在被设想为用于加工具有100mm直径的晶片127的根据本发明的布置中，具有标称电功率500W的四个相同加热器灯管111，卤素管设置于加热器隔室110中，加热器灯管111的长度轴线L相对于径向方向R以角度α而相同地角偏移。在图4中并且以与图3的表示类似的表示，根据本发明的布置被设想到用于150 mm直径的晶片。五个500W卤素加热器灯管111设置于加热器隔室110中，其长度轴线L同样相对于任何径向方向R而相同地角偏移。

类似地（未图示），被设想用于200mm直径晶片的根据本发明的布置包括250W标称电功率的十个加热器灯管。

如在图2中进一步仅示意性地示出，设置了一种功率控制器单元134，其用来控制递送到加热器灯管111的电功率以在向晶片127暴露的金属圆形晶片载板115的表面处提供至少800℃的最高温度。

如在图3中进一步示意性地示出，可如图所示以±Δα调整所述加热器灯管111的长度轴线L的确切角位置以优化向金属圆形晶片载板115的回转背侧传热的均匀性。

另外，在本发明的布置中，如根据图1的已知布置已提到的那样，在基座布置103中设置管路131，用来在基座布置103内循环一种冷却液体介质。如在图2中可进一步看出，由边沿表面108和基本上平面表面107所形成的容纳室的深度基本上与管111的厚度一致，从而使得在轴线A的方向上考虑，管111填充了加热器隔室110而不接触（一方面）表面108/107和另一方面金属圆形晶片载体115的背表面116。

所提到的板115与基座布置103和带壁5的加工腔室电隔离（未图示）从而使得晶片载体115和因此晶片载体115上所承载的晶片可以以任何所希望的偏压电信号操作。在该实施例中，如在图2中所例示，用于金属圆形晶片载板115上的晶片127的固持布置由重量环129实现，类似于图1的布置。也能向所提到的重量环129提供电接触，以经由所提到的重量环129向晶片127提供所希望的电偏压信号（未图示）。

借助于根据本发明的晶片保持器和温度调节布置并且如借助于图2至图4所例示，变得能在加工腔室中在至少800℃的很高的温度来加工晶片并且因此向这样的晶片涂覆材料涂层，这种涂布需要这种很高的淀积温度。这样的层材料之一为锆钛酸铅(PZT)材料，其优选地通过共溅射铅、锆和钛而淀积，如用于热偶发电机器具。

由于根据本发明的布置，首先由加热器灯管111生成的热被直接传输到金属圆形晶片载板并且其次形成热隔室的基座布置103的表面被实现为热反射器，实现了所提到的将晶片加热到很高的温度。由此并且与图1的布置相比，显著地减轻了在加热器灯管与晶片之间的热惯性并且额外地显著地简化了总构造。

Claims (14)

1.一种待安装到真空晶片处理腔室上的晶片保持器和温度调节布置，包括：

·基座布置，其具有一种延伸的基本上平面表面，所述延伸的基本上平面表面以绕所述基本上平面表面的中心的一种突伸圆形边沿表面为界；

·金属圆形晶片载板，其相对于所述基本上平面表面的所述中心居中安装，所述金属圆形晶片载板的一个表面、所述延伸的基本上平面表面和所述突伸边沿表面共同限定一种加热器隔室，所述金属圆形晶片载板可相对于所述基座布置围绕穿过所述延伸的基本上平面表面的所述中心的一种几何轴线而受驱动旋转；

·多个加热器灯管，其沿着所述延伸的基本上平面表面和沿着所述金属圆形晶片载板的所述一个表面而布置于所述加热器隔室中，并且直接向所述金属圆形晶片载板的所述一个表面暴露并且安装到所述基座布置上；

·晶片固持布置，其操作性地联接到所述金属圆形晶片载板。

2.根据权利要求1所述的晶片保持器和温度调节布置，包括电功率控制单元，其控制所述多个加热器灯管的功率并且设想到操作所述多个加热器灯管以沿着与其所述一个表面相反的所述金属圆形晶片载板的另一个表面形成在所述另一表面上平均化的至少800℃的最高温度。

3.根据权利要求1或2所述的晶片保持器和温度调节布置，所述多个加热器灯管包括安装于所述加热器隔室中的多个相同的加热器灯管，相对于从所述中心到所述圆形边沿表面的径向方向具有相同取向。

4.根据权利要求3所述的晶片保持器和温度调节布置，所述加热器灯管的所述长度延伸方向与所述径向方向成角偏移。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的晶片保持器和温度调节布置，所述加热器隔室中所述加热器灯管的至少一部分的位置是可调整的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的晶片保持器和温度调节布置，包括穿过所述金属圆形晶片载板的所述另一个表面并且沿着所述另一表面的一种气体出口与分配布置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的晶片保持器和温度调节布置，包括在所述基座布置中的管路布置，其设想为使液体在其中流动。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的晶片保持器和温度调节布置，所述晶片固持布置为重量环，所述重量环的尺寸适于安放于待加工的晶片外围，所述重量环优选地设想为电连接到电偏压源。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的晶片保持器和温度调节布置，所述加热器灯管具有在所述延伸的基本上平面表面与所述金属圆形晶片载板的所述一个表面之间填充所述加热器隔室而不与所述刚提到的表面相接触的厚度范围。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的晶片保持器和温度调节布置，所述延伸的基本上平面表面和所述突伸外围圆形边沿表面为热反射器表面，优选地受高光泽抛光。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的晶片保持器和温度调节布置，所述金属圆形晶片载板与所述基座布置电隔离并且优选地设想为电连接到电偏压源。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的晶片保持器和温度调节布置，所述晶片载板设想到用于下列之一：

·100mm直径晶片，所述多个包括四个500W卤素加热器灯管，

·150mm直径晶片，所述多个包括五个500W卤素加热器灯管，

·200mm直径晶片，所述多个包括十个250W卤素加热器灯管。

13.一种制造涂布着一种层的晶片的方法，包括：

· 在真空加工涂布腔室中设置晶片保持器和温度调节布置，所述晶片保持器和温度调节布置包括：

                                                    

 基座布置，其具有延伸的基本上平面表面，所述延伸的基本上平面表面以绕所述基本上平面表面的中心的一种突伸圆形边沿表面为界；

      金属圆形晶片载板，其相对于所述基本上平面表面的所述中心居中安装，所述金属圆形晶片载板的一个表面、所述延伸的基本上平面表面和所述突伸边沿表面共同限定一种加热器隔室，所述晶片载板可相对于所述基座布置围绕穿过所述延伸的基本上平面表面的所述中心的一种几何轴线而可驱动地旋转；

     

 多个加热器灯管，其沿着所述延伸的基本上平面表面和所述金属圆形晶片载板的所述一个表面布置于所述加热器隔室中，并且直接向所述金属圆形晶片载板的所述一个表面暴露并且安装到所述基座布置上；

     

 晶片固持布置，其操作性地联接到所述金属圆形晶片载板，以及

     

 电功率控制单元，其控制所述多个加热器灯管的功率并且设想为操作所述多个加热器灯管以便沿着与其所述一个表面相反的所述金属圆形晶片载板的另一个表面形成所述另一表面上平均化的预定温度，

·在所述金属圆形晶片载板的所述另一表面上淀积待涂布的晶片；

·在操作所述电功率控制单元以将所述晶片加热到至少800℃时驱动旋转所述金属圆形晶片载板；以及

·在所述晶片上淀积层。

14.根据权利要求13所述的方法，包括：所述层为优选地通过共溅射铅、锆和钛淀积的锆钛酸铅。

Images