CN104995727A - 带有温度调节布置的加工布置和加工基底的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基底加工布置，其表现为热空腔，该热空腔带有两个反射表面和碳加热器，该碳加热器用于将基底有效地加热至750℃或更高的温度。已经显示，即使是带有在光谱的红外线部分中的低吸收特性的基底(玻璃、硅、蓝宝石)，也可通过在两个反射表面之间“夹入”基底(17)和加热元件(15)而有效地加热，该反射表面可通过镜子和PVD源的靶来建立。

Description

带有温度调节布置的加工布置和加工基底的方法
技术领域
本发明设计带有基底保持器和温度调节布置的加工布置，其构成为“热空腔”。其进一步涉及一种用于在这种温度调节布置中加工基底的方法。
定义
在本发明的意义上，“加工”包括作用在基底上的任何化学、物理、或机械效应。
在本发明的意义上，“基底”为将在加工设备中处理的部件、部分或工件。基底包括但不限于具有矩形、正方形或圆形形状的平坦、板状部分。在优选实施例中，本发明针对基本平面、圆形基底，例如晶片。这种晶片的材料可为玻璃、半导体、陶瓷或能够经受描述的加工温度的任何其它物质。
“真空加工或真空处理系统/设备/隔室”包括：至少一个封套，其用于将在比周围大气压力低的压力下被处理的基底；和用于处理所述基底的器件。
“卡盘或夹具”是在加工期间适于紧固基底的基底保持器。该夹紧可尤其通过静电力(静电卡盘ESC)、机械器件、真空或前述器件的组合实现。卡盘可表现为另外的设备，如温度控制部件(冷却、加热)和传感器(基底朝向、温度、翘曲等)。
“CVD或化学气相沉积”是一种允许在加热的基底上的层的沉积的化学工艺。将一种或更多种挥发性前驱体材料供应至加工系统，在该加工系统中它们在基底表面上反应和/或分解来产生期望的沉积物。CVD的变型包括：低压CVD(LPCVD)-在低于大气压压力下的CVD加工。超高真空CVD(UHVCVD)为典型地在10-6pa/10-7pa下的CVD加工。等离子体方法包括微波等离子体相关CVD(MPCVD)和等离子体增强CVD(PECVD)。这些CVD加工利用等离子体来增强前驱体的化学反应速率。
“物理气相沉积(PVD)”是用来描述用以通过蒸汽形式的材料向基底的表面上(例如，向半导体晶片上)的冷凝来沉积薄膜的多种方法中的任一种的一般术语。涂覆方法包括纯粹物理的加工，例如，高温真空蒸发或与CVD相反的等离子体飞溅轰击。PVD的变型包括阴极弧沉积、电子束物理气相沉积、蒸发沉积、飞溅沉积(即，通常在定位于靶材料的表面上的磁性隧道中限制的辉光等离子体排放)。
术语“层、涂层、沉积以及薄膜”可互换地在本公开中用于在真空加工装备中沉积的薄膜，该加工装备为CVD、LPCVD、等离子体增强CVD(PECVD)或PVD(物理气相沉积)。
背景技术
公知卡盘布置，通过该卡盘布置，在真空加工隔室中的加工期间，定位并保持基底，并且在这种加工期间调节温度。这种调节应当理解为包括将基底加热至期望的温度、将基底维持在期望的温度、以及冷却基底来维持在期望的加工温度(例如，在加工本身倾向于过热基底时)。
在现有技术中，基底通常通过静电力、仅通过重力、借助于放置在被加工的基底的周边上的保持重量环或借助于固定所述基底的夹具或夹子而保持在卡盘布置上。
卡盘布置通常包括用于将放置于其上的基底的刚性基座或支撑件；所述支撑件再次通过电阻加热器或通过灯(例如，卤素灯)加热。在温度调节布置的许多现有技术应用中，热传递然后借助于在支撑件和基底之间的直接接触而实现。但是，热传递的量强烈地取决于接触可被多么好地建立。如果基底不是完美平面或基底和支撑件中的一者在加热期间翘曲，那么接触将不完全在表面上。然后，热传导和辐射的混合将负责热传递，该热传递可导致在基底上的不均匀的热分布。而且，热感应机械应力可损害基底。该问题已经以两种方式解决；首先通过使用机械器件迫使支撑件和基底强烈地接触(热传导)。但是，这甚至可增强在基底上的机械应力，尤其对于薄和/或脆性基底其可导致基底破裂。第二方式为使用背部气体接触。在这种情况下，气体被引进基底支撑件和基底之间，这将通过对流和传导的混合而提供热传递。但是，借助气体接触的热输送不十分有效，尤其对于将实现的高温。热损耗随同气体泄漏发生，除此之外，气体不应消极地与加工自身干涉，这限制了气体的选择。如果将被加工的基底需要在暴露于加工器件的整个表面上处理，那么出现另一问题。在这种情况下，任何夹紧均是不可能的。通常在这种情况下，将使用静电卡盘，其允许安全且强力的夹紧。但是，静电效应强烈地取决于温度，并且将致使无效率(尤其对于十分高的温度(即，>500℃))。此外，需要冷却控制力所需的任何电子仪器。
用于加热基底的电阻线或卤素灯的使用引起另一缺点。这些是基本线性或尖形的热源；为了在表面上方正确地分布热，人们通常使用金属块来驱散热。但是，这向整个热调节布置增加了热惯性和另外的损失。作为备选，可预见关于(多个)热源的旋转基底支撑件。但是，这增加了整体构造的机械复杂性，并且使得基底的夹紧为强制性的。
因而，本发明的目的为提供一种热调节布置，其在构造上简单，并且允许基底的无夹具处理，不需要基底旋转，并且具有低热惯性，并且实现至少500℃至1200℃的基底温度，优选地为750℃至1000℃。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种带有将安装至真空处理隔室的温度调节布置的加工布置，其允许大量的不同的基底处理，因而此外简化了温度调节布置的整体结构，如已知且在图1的辅助下示例的。
这通过加工布置和将安装至真空晶片处理隔室的温度调节布置而实现，其按顺序包括：
基座19，其带有延伸、基本平面表面，
基本平面的加热元件15，其在平行且远离并面向基座19的表面的平面中安装于所述基座19上方。
基底支撑件14，被构成为在其周边处承载基底17，所述基底17在操作期间以其表面中的一个直接面向加工元件，
其中，
将热反射表面或镜子18布置在基座19的表面上，
并且，不存在其它夹紧器件来在操作期间将基底保持在适当位置。
在优选实施例中，所述加工布置还包括处理材料的源，其布置在平行于基底和加热元件的另一平面中，并在操作期间直接面向基底。
所述处理材料的源可为PVD、CVD或活性气体源中的任一种(例如，用于清洁、后处理、表面改性或蚀刻)。
在如上面所描述的加工布置中处理基底的方法包括：
将基底放置在相应的加工布置的基底支撑件上；
将基底加热至期望的水平；
以如上面描述的方式处理基底。
附图说明
图1显示了穿过根据本发明的加工布置的剖视图。
图2显示了根据本发明的用于加热元件的可能设计。
图3显示了基底和加热元件(顶视图)的对准。
具体实施方式
带有温度调节布置的基底加工设备10包括将布置在真空加工隔室中的基底19。所述隔室或封套在图1中已经被省略，并且可如在本领域中所公知地设计，包括用于产生真空、移除废气、电配线和用于基底的加载/卸载设备的必要器件。在所述基座19上布置有加热元件15，其优选地在(多个)柱16上安装成与基座19的表面平行，从而提供在基座19和所述加热元件15之间的间隙。加热元件可大体从现有技术加热元件选择，例如，电阻加热器、辐射加热器、或尤其优选的碳加热器布置。基底17可布置在也平行于所述基座19和加热元件15的平面中，优选地处于5mm至20mm之间的距离。所述基底17优选地由基底支撑件14保持，其可设计作为环形承载区域或作为在基底的圆周处的选择性支撑件。
在本发明的情境中，重要的是注意到，不需要主动夹紧、重量环或夹子。基底放置在基底支撑件14上并且通过其自重保持。因而，没有机械应力被紧固器件施加。在平行于前述基座的另一平面中，安装加热元件和基底、靶11。靶-基底距离TSD在4-10cm之间选择，优选地为5-8cm。在基底17和靶11之间，可获得加工空间12。加工空间将在飞溅期间表现出等离子体。工作气体(活性或惰性)可在靶边缘附近从侧部喷射。PVD飞溅工艺在本领域中是公知的，并且因而在本文中未详细描述。材料从靶11等离子体飞溅并且沉积在基底17上。可可选地预见屏蔽件13，来保护基底支撑件14使其不被靶材料覆盖。这种屏蔽件13可在维护间隔期间易于更换。如图1中所示，屏蔽件以如下方式构成：沉积在基底17上的层覆盖面向靶11的整个表面。
加热元件15(优选地为碳加热器)是辐射类型的加热元件。在本发明的实施例中，碳加热元件连接至能够传输3kW的电功率的功率源。碳加热元件加热至2300℃并且允许750℃或更高的基底温度(在蓝宝石或硅基底的情况下)。为了允许有效的加热管理，将优选地在光谱的红外线部分中带有良好的反射特性的镜子或反射器件18直接布置在面向加热元件15(在避开基底17的侧部上，如在图1中所显示)的基座19上。已经显示，即使是带有在光谱的红外线部分中的低吸收特性的基底(玻璃、硅、蓝宝石)，也可通过在两个反射表面(例如镜子18和靶11)之间“夹入”基底17和加热元件15而有效地加热。这种“热空腔”是十分有效的，因为来自加热元件15的辐射被朝向基底引导和再次引导，该辐射源于面对基底17的前部侧和其后侧两者。辐射基本在两个反射表面之间困住并且反射，直至其被基底吸收(或损失)。
基座19优选地通过在金属块中可预见的通道20中的流体来冷却。优选地，镜子17和基底支撑件14因而将基座19用作散热器。
热反射镜子18可制造作为安装至基座19上的镍涂层或作为可更换薄镍板。尤其在光谱的红外线部分中带有良好反射率的其它高反射材料也是有益的。
对于空腔的配对物或第二镜子是靶11。基本上，相同的反射率要求对于镜子17是有效的，但是当然，将被沉积的层决定材料的选择。可应用材料的实例为A1、Ti、Ag、Ta以及它们的合金。
由于加热元件15的效率，基底支撑件14必须由能够经受高温的材料制成。钛是一种选择的材料，或可使用高拉伸钢。
本发明的基底加工设备10不限于与PVD应用中的飞溅靶11一起使用。其可用在CVD或PECVD应用中，其中，作为靶11的替代，可布置淋浴头或另一过顶加工气体入口。应当理解，对于“热空腔”量的限制和要求需要由淋浴头或气体入口以相同的方式实现。可使用如精钢、Ni、Al的材料。
图2是加热元件15'的一个实施例上的顶视图。柱16'与图1中的柱16相同。该实施例包括带有放置在外面的电连接件的双螺旋结构。加热元件可由碳纤维板切割成或在相应的模具中压成。碳纤维或碳纤维合成物本身是已知的并且在市场上可获得。可优化加热元件的形状(绕组的宽度和厚度)来允许均匀的加热效应。在实施例中，已经选择2.5mm的厚度，这是材料的重量、稳定性和整体电阻的折衷。在剖面中，相对正方形或圆形，优选单独绕组的矩形形状。
根据加热元件的直径和厚度，所得的结构可为自支撑的。如果在操作期间发生弯曲，那么该结构可借助于陶瓷架来稳定。
图3显示了关于加热元件15的基底17的对准。优选将电连接布置在有效加热的基底区域外，因为连接件将不会表现出与加热元件自身相同的温度。因而，可避免尤其在基底的边缘区域中的温度不均匀性。因此，加热元件的尺寸基本将为基底加上用于连接件的延伸的尺寸。
热调节布置对于非反射靶11和/或高吸收性基底17当然也是实用的。例如SiC基底将不需要带有两个反射表面热空腔。但是，在这种情况下，在加热元件后方的镜子18的布置仍然将增加加热效率。
如上面所描述的发明可用于不同尺寸的圆形、矩形或正方形基底。其可优选地在设计用于4''、6''、8''(200mm)或12''(300mm)晶片直径的加工的基底加工系统中使用。由于其加热元件的性质，可容易地构成中间尺寸。
如所描述的温度调节布置由于其直接辐射加热原理而具有低热惯性。其可有利地用来允许基底快速地或借助于逐步改变电功率而逐步地加热。相同的优点适用于冷却情况。

Claims (16)

1. 一种表现为温度调节布置的基底加工布置，其包括带有两个反射表面的热空腔，所述热空腔基本包括：
基座(19)，其带有延伸的、基本平面表面；
基本平面的加热元件(15)，其在平行且远离并面对所述基座(19)的表面的平面中安装在所述基座(19)上方；
基底支撑件(14)，构成为在其周边处承载基底(17)，所述基底(17)在操作期间与所述加热元件隔开但以其表面中的一个直接面对所述加热元件，
其中，
热反射表面或镜子(18)布置在所述基座(19)的表面上；
第二反射器件在所述基底支撑件(14)的另一侧上布置在平行于所述基底和加热元件的另一平面中，使得在操作期间，基底(17)以其表面中的另一个直接面对所述反射器件；
并且，不存在其它夹紧器件来在操作期间在基底支撑件(14)上将基底(17)保持在适当位置中。
2. 根据权利要求1所述的基底加工布置，其特征在于，热反射表面或镜子(18)包括安装至基座(19)的镍涂层或镍板。
3. 根据权利要求1和/或2所述的基底加工布置，其特征在于，所述第二反射器件是处理材料的源或物理气相沉积源的靶(11)。
4. 根据权利要求1和/或2所述的基底加工布置，其特征在于，所述第二反射器件是CVD或PECVD源的淋浴头或加工气体入口。
5. 根据权利要求1至4所述的基底加工布置，其特征在于，所述第二反射器件的材料包括Al、Ti、Ag、Ta、以及它们的合金和Ni。
6. 根据权利要求1至5所述的基底加工布置，其特征在于，在所述加热元件(15)的平面与在操作期间布置基底(17)的所述平面之间的所述距离量为5至20mm之间。
7. 根据权利要求1至6所述的基底加工布置，其特征在于，基底支撑件(14)设计为环形承载区域或者在所述基底的圆周处的选择性支撑件。
8. 根据权利要求1至7所述的基底加工布置，其特征在于，在操作期间所述基底(17)的平面与第二反射器件或靶(11)之间的靶-基底距离TSD分别选择为范围为从4至10cm。
9. 根据权利要求8所述的基底加工布置，其特征在于，所述TSD在5至8cm之间。
10. 根据权利要求1至9所述的基底加工布置，其特征在于布置在第二反射器件或靶(11)与基底支撑件(14)之间的屏蔽件(13)，所述屏蔽件(13)构成为在沉积于基底(17)上的层覆盖面对靶(11)的整个表面时，保护基底支撑件(14)不被处理材料覆盖。
11. 根据权利要求1至10所述的基底加工布置，其特征在于，加热元件(15)是电阻加热器。
12. 根据权利要求1至10所述的基底加工布置，其特征在于，加热元件(15)是辐射类型加热器。
13. 根据权利要求1至10所述的基底加工布置，其特征在于，加热元件(15)是碳加热器。
14. 根据权利要求13所述的基底加工布置，其特征在于，所述碳加热器具有带有放置在外面的电连接件的双螺旋结构。
15. 根据权利要求13和/或14所述的基底加工布置，其特征在于，所述电连接件布置在有效加热的基底区域外。
16. 一种在加工布置中处理基底的方法，包括：
将基底(17)放置在根据权利要求1所述的基底加工布置的基底支撑件(14)上；
将所述基底加热至预定的温度；
处理所述基底。
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