CN107354443B - 一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置，其结构包括旋转大鼓和竖直溅射靶材，其中竖直溅射靶材设于旋转大鼓的外侧，与旋转大鼓的旋转轴线位于同一平面；竖直溅射靶材由均匀性挡板、金属靶材、电路及靶材冷却系统组成。优点：1）提高镀膜精度，使镀膜过程稳定而高效；2）无需开腔处理，减少损耗。

Description

一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置

技术领域

本发明涉及一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置，属于物理气相淀积技术领域。

背景技术

真空镀膜技术属于物理气相沉积成膜的方法，具有操作简单，溅射速率高，膜层致密等优点，在科研与生产中有广泛的应用。在微纳米的半导体制造工艺中，通常设备所能提供技术的指标片内与片间都为±3%，但是在某些工艺中±3%的指标已经无法满足器件的性能要求。新机台在刚开始验机与使用中可能会得到一个比较好的均匀性值，但是随着设备的使用，日常维护，均匀性挡板的变形，靶材表面形貌的变化，磁场的变化等等都会使设备的状态发生改变。

随着产能要求的提升，竖直靶材的结构成了主流，靶材竖直的结构中如图1所示，基片2夹持在大鼓1上，3a为A均匀性挡板，4为金属靶材，5为电路及靶材冷却系统。在工艺过程中，通常会往真空腔室内通入气体，气体在DC电源与磁场共同作用下轰击靶材表面，使金属原子向基片运动，最终沉积在基片表面。

为了提升产能，很多设备生产商为了减少抽高真空的时间都会设计如图2所示的结构，装有靶材的工艺腔室6内一直保持高真空，基片从传输腔室8与外界交换，9a、9b为高真空泵与工艺腔之间的高阀，10a、10b为高真空泵， 11a、11b为高真空泵的前级阀，12为前级泵。在传输腔室8内可以添加一些烘烤，RF清洗等辅助功能有助于高真空的获得以及工艺时间的减少，提高产能。

由于一些工艺的高要求，当均匀性不满足器件所需要时，常见的做法会对工艺腔室放气检查，原因排查，其中比较直接的方法是对其均匀性挡板进行位置的调整，这样做不仅效率低，而且极大的降低了产能。

发明内容

本发明提出的是一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置，其目的在于提供一种无需开腔处理的调节磁控溅射均匀性的方法，通过可分离移动的均匀性挡板调节上下基片的均匀性，在镀膜生产中可以控制、提高镀膜的均匀性，使其满足实际生产中工作要求。

本发明的技术解决方案：一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置，其结构包括旋转大鼓和竖直溅射靶材，其中竖直溅射靶材设于旋转大鼓的外侧，与旋转大鼓的旋转轴线位于同一平面；竖直溅射靶材由均匀性挡板、金属靶材、电路及靶材冷却系统组成。

本发明的优点：

1）提高镀膜精度，使镀膜过程稳定而高效；

2）无需开腔处理，减少损耗。

附图说明

图1是现有技术中竖直溅射靶材与旋转大鼓的侧视图。

图2是双腔溅射台的结构示意图。

图3是实施例1的靶材与执行机构的主视图。

图4是实施例2与实施例3的调节磁控溅射镀膜均匀性的装置的主视图。

图5是实施例3旋转大鼓的正面视图。

图6是实施例3的控制逻辑示意图。

图7是实施例3的旋转大鼓的俯视图。

图中1是大鼓，2是基片，3a是A均匀性挡板，3b是B均匀性挡板，3c是C均匀性挡板，4是金属靶材，5是电路及靶材冷却系统，6是工艺腔室，7工艺腔与传输腔的高阀，8是传输腔室，9a、9b是高阀，10a、10b是高真空泵，11a、11b是前级阀，12是前级泵，13a是上基片安装位，13b是下基片安装位，14是固定螺钉，15a是A绝缘装置，15b是B绝缘装置，15c是C绝缘装置，16a是A步进电机，16b是B步进电机，16c是C步进电机，17a是A水平均匀性挡板，17b是B水平均匀性挡板，18a是A晶振，18b是B晶振，19是传动齿轮，20是晶振基座，21是晶振探头。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实方式来进一步的详细说明本发明的技术方案。

如附图1所示，一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置，其结构包括旋转大鼓和竖直溅射靶材，其中竖直溅射靶材设于旋转大鼓的外侧，与旋转大鼓的旋转轴线位于同一平面；竖直溅射靶材由均匀性挡板、金属靶材、电路及靶材冷却系统组成。

如附图7所示，所述的旋转大鼓整体为圆柱形，其结构包括大鼓1、基片2、A晶振18a、B晶振18b、传动齿轮19、晶振基座20、晶振探头21；其中大鼓1的底部设有传动齿轮19，传动齿轮19的内部设有晶振基座20，晶振基座20上设有晶振探头21；大鼓1的表面竖直位置上对称设有n（n≥2）组A晶振18a、B晶振18b。

如附图3所示，所述的竖直溅射靶材，其结构包括B均匀性挡板3b、C均匀性挡板3c、金属靶材4、上基片安装位13a、下基片安装位13b、固定螺钉14、A绝缘装置15a、A步进电机16a；其中B均匀性挡板3b、C均匀性挡板3c分别对称设于金属靶材4的两侧，上基片安装位13a、下基片安装位13b分别对称设于金属靶材4表面的上侧和下侧；固定螺钉14设于C均匀性挡板3c的左上角，A步进电机16a设于C均匀性挡板3c的左下侧，C均匀性挡板3c通过A绝缘装置15a连接A步进电机16a。

其测量方法包括如下步骤：

在做完一批片子后测量基片的方阻，检测比较上下两圈的方阻，当上圈的基片方阻大于下圈基片方阻时，A步进电机16a使C均匀性挡板3c向中间靠拢；反之上圈基片方阻小于下圈基片方阻时， A步进电机16a使C均匀性挡板3c向外侧移动，从而达到校准溅射均匀性的目的。

实施例1

如附图3所示，一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置，其竖直溅射靶材的结构包括B均匀性挡板3b、C均匀性挡板3c、金属靶材4、上基片安装位13a、下基片安装位13b、固定螺钉14、A绝缘装置15a、A步进电机16a；其中B均匀性挡板3b、C均匀性挡板3c分别对称设于金属靶材4的两侧，上基片安装位13a、下基片安装位13b分别对称设于金属靶材4表面的上侧和下侧；固定螺钉14设于C均匀性挡板3c的左上角，A步进电机16a设于C均匀性挡板3c的左下侧，C均匀性挡板3c通过A绝缘装置15a连接A步进电机16a。

左侧的C均匀性挡板3c可以以固定螺钉14为定点旋转；在做完一批片子后测量基片的方阻，比较上下两圈的方阻，当上圈的基片方阻大于下圈基片方阻时，由计算机控A步进电机16a使C均匀性挡板3c向中间靠拢；由于各家设备不一样，具体电机走的距离由方阻的差值以及方阻对应的距离值决定；反之上圈基片方阻小于下圈基片方阻时，由计算机控制A步进电机16a使C均匀性挡板3c向外侧移动从而达到校准溅射均匀性的目的。

实施例2

在实施例1中，可以调整的点只有一个，而且存在均匀性挡板倾斜的情况。方法一可以简单的满足一些精度要求，但是难以达到更高的均匀性需求，当均匀性到±1.5%以下时，实施例1的方法较难实现。

实施例2适用于更高的精度，如附图4所示，一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置，其竖直溅射靶材的结构包括B均匀性挡板3b、A水平均匀性挡板17a、B水平均匀性挡板17b、金属靶材4、上基片安装位13a、下基片安装位13b、B绝缘装置15b、B步进电机16b、C绝缘装置15c、C步进电机16c；其中B均匀性挡板3b设于金属靶材4的右侧、A水平均匀性挡板17a、B水平均匀性挡板17b分别对称设于金属靶材4的左侧上下方，上基片安装位13a、下基片安装位13b分别对称设于金属靶材4表面的上侧和下侧；B步进电机16b设于A水平均匀性挡板17a的左下侧，A水平均匀性挡板17a通过B绝缘装置15b连接B步进电机16b；C步进电机16c设于B水平均匀性挡板17b的左上侧，B水平均匀性挡板17b通过C绝缘装置15c连接C步进电机16c。

实施例2与实施例1的区别在于：实施例2将一侧均匀性挡板一分为二用两套电机来分别控制均匀性上下两块挡板，同理在工艺后测量上圈与下圈的方阻，当上圈的基片方阻大于下圈基片方阻时，由计算机控制电机16b使均匀性挡板17a向中间靠拢，上圈的电机16c控制均匀性挡板17b往外侧移动，由于各家设备不一样，具体电机走的距离由方阻的差值以及方阻对应的距离值决定；反之上圈基片方阻小于下圈基片方阻时，由计算机控制电机16b使均匀性挡板17a向外侧移动，上圈电机16c控制均匀性挡板17b往中间移动从而达到更加精准的校准溅射均匀性的目的。

实施例3

如附图5所示，调节磁控溅射镀膜均匀性的方法，首先在大鼓1上竖直位置上安装一组数量≥2的A晶振18a、B晶振18b，基片2夹在大鼓1上。执行机构如附图4所示。当工艺进行时大鼓1旋转的速度是工艺程序里设定好的，在大鼓1上处于竖直线上的A晶振18a、B晶振18b的角速度是相等的，由于均匀性挡板的存在上下两个晶振在实际溅射区域的时间不相同，通过调整均匀性挡板的位置来实现沉积的膜厚的不同。如图6所示首先晶振频率来计算出单圈金属沉积的厚度，上下圈得出一组数据，通过PC计算比较，这时既可以是这组数据与工艺程序里设定的数据比较来控制图4中的两个步进电机来实现上下圈溅射速率的一致性，也可以是一组数据里的自比对，然后控制图4中的两个步进电机来实现上下圈溅射速率的一致性，从而实现单圈溅射的均匀性良好，最终保证整个溅射工艺的均匀性。

全自动调节溅射均匀性的方法在不带有传输腔室的设备内比较容易实现，晶振探头与底座可以使用弹片接触旋转。但是在带有传输腔室的结构实现起来比较麻烦，为了不影响大鼓1的传送需要对晶振探头进行可以升降处理，如图7所示，大鼓1底部设有传动齿轮19，传动齿轮19内部设有晶振基座20，晶振基座20上设有晶振探头21。

使用时，晶振先降下去，待大鼓进来后再升起，基座可以360°旋转固定几个位置，当某一个位置的靶材工作的时候基座旋转使探头朝向溅射的靶材，旋转的大鼓上在竖直位置出开两个等大的正方形孔，位置与晶振的竖直高度一一对应，这样溅射的时候就可以测试单圈的沉积厚度，晶振头可以是带旋转的，一次可以装载几个以便配合日常维护的时间轴，执行机构如附图4所示。

Claims (2)

1.一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置，其结构包括旋转大鼓和竖直溅射靶材，其中竖直溅射靶材设于旋转大鼓的外侧，与旋转大鼓的旋转轴线位于同一平面；竖直溅射靶材由均匀性挡板、金属靶材、电路及靶材冷却系统组成；

所述的旋转大鼓整体为圆柱形，其结构包括大鼓、基片、A晶振、B晶振、传动齿轮、晶振基座、晶振探头；其中大鼓的底部设有传动齿轮，传动齿轮的内部设有晶振基座，晶振基座上设有晶振探头；大鼓的表面竖直位置上对称设有n组A晶振、B晶振，n≥2；

所述的竖直溅射靶材，其结构包括B均匀性挡板、C均匀性挡板、金属靶材、上基片安装位、下基片安装位、固定螺钉、A绝缘装置、A步进电机；其中B均匀性挡板、C均匀性挡板分别对称设于金属靶材的两侧，上基片安装位、下基片安装位分别对称设于金属靶材表面的上侧和下侧；固定螺钉设于C均匀性挡板的左上角，A步进电机设于C均匀性挡板的左下侧，C均匀性挡板通过A绝缘装置连接A步进电机。

2.采用如权利要求1所述的一种调节磁控溅射镀膜均匀性的装置的调节磁控溅射镀膜均匀性的方法，其特征是该方法包括如下步骤 ：

在做完一批片子后测量基片的方阻，检测比较上下两圈的方阻，当上圈的基片方阻大于下圈基片方阻时，A步进电机使C均匀性挡板向中间靠拢；反之上圈基片方阻小于下圈基片方阻时，A步进电机使C均匀性挡板向外侧移动，从而达到校准溅射均匀性的目的。