CN104746035A - 可实时监控晶片温度的升降针系统及磁控溅射设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实时监控晶片温度的升降针系统，应用在磁控溅射设备上，包括测温探头、弹性部件、用于升降晶片的晶片升降针和用于支撑固定晶片升降针的升降针支撑件，晶片升降针为空心管状，晶片升降针的下端固定在升降针支撑件上，测温探头和弹性部件均设置在晶片升降针的空心内，测温探头的下端与弹性部件抵接，使得测温探头在弹性部件的弹力作用下能够部分地伸出晶片升降针，测温探头的导线从晶片升降针的下端伸出。还涉及一种磁控溅射设备。本发明的可实时监控晶片温度的升降针系统及磁控溅射设备，在整个的测温及控温过程中，升降针在弹性部件的弹力作用下实现晶片与测温探头的紧密接触，从而增加测量的精确度。

Description

可实时监控晶片温度的升降针系统及磁控溅射设备

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种可实时监控晶片温度的升降针系统及磁控溅射设备。

背景技术

在半导体集成电路制造过程中，溅射工艺(或称为物理气相沉积(PVD))被用于沉积许多种不同的金属层及相关材料层。其中应用最为广泛的溅射工艺之一是直流磁控溅射技术。典型的直流磁控溅射设备如图1所示，该磁控溅射设备具有圆环型反应腔体1，真空泵系统2可对反应腔体1进行抽气而达到约10^-6Torr的背底真空度。通过流量计3连接到腔体的气体源4可供给溅射反应气体（如氩气、氮气等）。5为承载晶片的底座（带加热或冷却功能），6为靶材，其被密封在反应腔体1上，7为一种绝缘材料（例如G10），该材料和靶材6中间充满了去离子水8。溅射时DC电源会施加偏压至靶材6，使其相对于接地的反应腔体1成为负压，以使氩气放电而产生等离子体，将带正电的氩离子吸引至负偏压的靶材6，当氩离子的能量足够高时，会使金属原子逸出靶材表面并沉积在晶片上。

为了获得更大的等离子体密度、溅射沉积速率以及靶材利用率，在靶材6背部使用了磁控管9，其包括具有相反极性的内外磁极，在靶材6的表面内磁极以及外磁极之间散布的磁场可以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，增加了电子的运动时间，从而增加了电子和要电离的气体的碰撞的机会，而得到高密度的等离子体区10，可大幅度的提高溅射沉积速率。如果该磁控管为非平衡的磁控管（即外磁极的总磁场强度远大于内磁极的总磁场强度，如大于两倍或两倍以上），则非平衡磁场会从靶材6朝向晶片11投射而使等离子体扩展，并将溅射出来的离子导向晶片，同时减小等离子体扩展至侧壁。马达12会驱动固定磁极的不锈钢平板沿中央轴转动，这样可在各个角度上产生时间均化磁场，以达到更均匀的靶材溅射型态。因此磁控管所控的电子的轨道不仅会影响不同位置的靶材的侵蚀速率，影响靶材的寿命，而且还会影响薄膜的沉积的均匀性。

在先进的集成电路以及LED芯片制造流程中，大量的金属导线以及氧化物透明导电薄膜均可采用PVD装置进行沉积。在沉积的过程中为了满足不同工艺的需求，经常需要控制薄膜的沉积温度。虽然PVD靶材溅射出的高能粒子轰击晶片会造成晶片温度的升高，甚至带加热和控温的底座也可以对晶片进行加热，但是目前的各种测温及控温方式，均无法很好的实时监控晶片在工艺腔室内以及溅射状态下的晶片表面温度，从而影响了薄膜的质量控制。因此，寻找一种可以有效的控制溅射过程中晶片温度的方式非常重要。

图2是现有技术的升降针系统示意图，现有技术的升降针系统采用的方案是将热电偶的探头14采用耐高温的陶瓷胶粘贴在晶片11表面，再将热电偶的导线16通过腔室密封圈引出到反应腔体1外面的温度显示器17上，热电偶的探头14采集晶片11的温度，通过温度显示器17显示该温度。图3、4分别是现有技术的升降针系统在晶片处于传输状态和工艺状态的示意图。由传输状态可以看出晶片11是从反应腔体1的外部传入反应腔体1的内部，然后再上升到工艺位置并顶起晶片压环13后进行薄膜沉积，其中晶片压环13设置在内衬18上。采该方案，热电偶的导线116只能在打开反应腔体1的状况下将粘好热电偶的探头14的晶片11放置好后，再闭合反应腔体1进行真空抽气并进行薄膜沉积，测量晶片11温度。热电偶的导线116无法实现在不破坏反应腔体1真空的条件下从反应腔体1内部引出，这样会造成由于真空度较差或由于开腔造成的污染等影响薄膜沉积环境，从而影响到测温的真实性，另外，采用现有技术的方案，热电偶的探头14粘贴在晶片11上后导线1暴露在薄膜沉积产生的等离子体15内，极容易造成等离子体15将热电偶导线1导通，影响测温准确性，严重时甚至可以造成测温失败。采用现有技术的方案，只能用来测量晶片11在工艺过程中的温度，无法实现工艺过程中对晶片11温度的控制。

发明内容

鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种可实时监控晶片温度的升降针系统及磁控溅射设备，实现晶片传输和晶片传输过程、工艺过程的温度监控。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种可实时监控晶片温度的升降针系统，应用在磁控溅射设备上，包括用于升降晶片的晶片升降针和用于支撑固定所述晶片升降针的升降针支撑件，所述升降针系统还包括测温探头和弹性部件；

所述晶片升降针为空心管状，所述晶片升降针的下端固定在所述升降针支撑件上，所述测温探头和所述弹性部件均设置在所述晶片升降针的空心内，所述测温探头的下端与所述弹性部件抵接，使得所述测温探头在所述弹性部件的弹力作用下能够部分地伸出所述晶片升降针，所述测温探头的导线从所述晶片升降针的下端伸出。

其中，所述晶片升降针的数量为三个以上，三个以上所述晶片升降针间隔设置在所述升降针支撑件上。

其中，所述测温探头的形状为圆柱状平顶探头或圆柱状圆顶探头。

其中，所述弹性部件为弹簧或弹片。

其中，所述升降针系统还包括用于驱动所述升降针支撑件升降的升降装置。

其中，所述升降针系统还包括用于加热晶片的加热底座，所述加热底座上设置导向孔，所述晶片升降针置于所述导向孔内，能够在所述导向孔内相对所述加热底座上下运动。

其中，所述升降针系统还包括温控器，所述温控器分别与所述加热底座和所述测温探头电连接，所述温控器用于控制所述加热底座的温度。

还涉及一种磁控溅射设备，包括上述任一技术特征的可实时监控晶片温度的升降针系统。

本发明的有益效果是：

本发明的可实时监控晶片温度的升降针系统及磁控溅射设备，不仅能够满足晶片的传输任务需求，而且实现晶片在传输过程以及工艺过程中的温度控制，升降针系统很好的将晶片传输系统与晶片控温系统整合在一起，实现了多重功能。在整个的测温及控温过程中，升降针在弹性部件的弹力作用下实现晶片与测温探头的紧密接触，从而增加测量的精确度。另外，升降针系统的所有部件均在真空状态下，不与等离子体接触，不存在等离子体污染测温探头的问题。测温探头和加热底座分别与控制器连接，使得温控器实时根据测温探头测得的晶片温度而控制加热底座的功率调整，从而保证工艺过程中对晶片温度的控制。

附图说明

图1为现有技术的磁控溅射设备的简图；

图2为现有技术的升降针系统示意图；

图3 为现有技术的升降针系统在晶片处于传输位示意图；

图4为现有技术的升降针系统在晶片处于工艺位的示意图；

图5为本发明的升降针系统一实施例示意图；

图6为测温探头与弹性部件的配合示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的可实时监控晶片温度的升降针系统及磁控溅射设备进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图5和图6，本发明的可实时监控晶片温度的升降针系统一实施例，应用在磁控溅射设备上，升降针系统包括测温探头24、弹性部件26、用于升降晶片的晶片升降针19和用于支撑固定晶片升降针19的升降针支撑件21，晶片升降针19为空心管状，晶片升降针19的下端固定在升降针支撑件21上，测温探头24和弹性部件26均设置在晶片升降针19的空心内，测温探头24的下端与弹性部件26抵接，使得测温探头24在弹性部件26的弹力作用下能够部分地伸出晶片升降针19，测温探头24的导线16从晶片升降针19的下端伸出。弹性部件26为弹簧或弹片，测温探头24的形状为圆柱状平顶探头，也可为圆顶探头，测温探头24可采用热电偶探头。

升降针系统还包括用于驱动升降针支撑件21升降的升降装置（未示出），升降针支撑件21在升降装置的驱动下带动晶片升降针19上下移动。优选地，升降针系统还包括用于加热晶片11的加热底座20，加热底座20上设置导向孔，晶片升降针19置于所述导向孔内，能够在所述导向孔内相对加热底座20上下运动。加热底座20和测温探头24分别与温控器23电连接，温控器23用于控制加热底座20的温度。

作为一种可实施方式，晶片升降针19的数量为三个以上，三个以上晶片升降针19间隔设置在升降针支撑件21上，使得晶片11被支撑的更加稳定。

以上实施例的升降针系统应用在磁控溅射设备上，由于该磁控溅射设备除升降针系统外均为现有技术，此处不再一一赘述。

以上实施例的可实时监控晶片温度的升降针系统及磁控溅射设备，不仅能够满足晶片的传输任务需求，而且实现晶片在传输过程以及工艺过程中的温度控制，升降针系统很好的将晶片传输系统与晶片控温系统整合在一起，实现了多重功能。在整个的测温及控温过程中，升降针在弹性部件的弹力作用下实现晶片与测温探头的紧密接触，从而增加测量的精确度。另外，升降针系统的所有部件均在真空状态下，不与等离子体15接触，不存在等离子体15污染测温探头的问题。测温探头和加热底座分别与控制器连接，使得温控器实时根据测温探头测得的晶片温度而控制加热底座的功率调整，从而保证工艺过程中对晶片温度的控制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种可实时监控晶片温度的升降针系统，应用在磁控溅射设备上，包括用于升降晶片的晶片升降针和用于支撑固定所述晶片升降针的升降针支撑件，其特征在于：

还包括测温探头和弹性部件；

所述晶片升降针为空心管状，所述晶片升降针的下端固定在所述升降针支撑件上，所述测温探头和所述弹性部件均设置在所述晶片升降针的空心内，所述测温探头的下端与所述弹性部件抵接，使得所述测温探头在所述弹性部件的弹力作用下能够部分地伸出所述晶片升降针，所述测温探头的导线从所述晶片升降针的下端伸出。

2.根据权利要求1所述的可实时监控晶片温度的升降针系统，其特征在于：

所述晶片升降针的数量为三个以上，三个以上所述晶片升降针间隔设置在所述升降针支撑件上。

3.根据权利要求2所述的可实时监控晶片温度的升降针系统，其特征在于：

所述测温探头的形状为圆柱状平顶探头或圆柱状圆顶探头。

4.根据权利要求3所述的可实时监控晶片温度的升降针系统，其特征在于：

所述弹性部件为弹簧或弹片。

5.根据权利要求1-4任一项所述的可实时监控晶片温度的升降针系统，其特征在于：

还包括用于驱动所述升降针支撑件升降的升降装置。

6.根据权利要求1-4任一项所述的可实时监控晶片温度的升降针系统，其特征在于：

还包括用于加热晶片的加热底座，所述加热底座上设置导向孔，所述晶片升降针置于所述导向孔内，能够在所述导向孔内相对所述加热底座上下运动。

7.根据权利要求6所述的可实时监控晶片温度的升降针系统，其特征在于：

还包括温控器，所述温控器分别与所述加热底座和所述测温探头电连接，所述温控器用于控制所述加热底座的温度。

8.一种磁控溅射设备，其特征在于：

包括权利要求1-7任一项所述的可实时监控晶片温度的升降针系统。