CN115786844A - 改善沉积薄膜厚度均匀性的方法及其掩膜板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善沉积薄膜厚度均匀性的方法及其掩膜板，掩膜板用于在静电卡盘吸附层表面制作图形，所述掩膜板的一侧板面从中心到边缘呈逐级降低的阶梯状，在所述掩膜板上设置有穿透其板面以供沉积形成图形的沉积通道，所述掩膜板的另一侧板面用于与静电卡盘吸附层表面贴合。本发明通过对掩膜板结构进行调整，采用多级阶梯的结构，可以有效改善卡盘吸附层表面薄膜的高度均匀性，高度均匀性可以降低至5％左右；同时，也提高了掩膜板的刚度，由于掩膜板刚度的增加，控制掩膜板高能量沉积过程中的变形量，可以提高薄膜图形尺寸精度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体地说，涉及半导体核心部件静电卡盘中，一种改善沉积薄膜厚度均匀性的方法及其掩膜板，改善卡盘吸附层表面薄膜均匀性。
背景技术
静电卡盘是半导体设备中核心部件，起到吸附晶圆，控制晶圆表面温度等工艺作用。通常静电卡盘吸附层表面上会制备图形化凸点和圆环，用来减少晶圆与静电卡盘的接触面积，减少划伤，同时还具有缩短晶圆脱附时间等工艺优化效果。
目前凸点的制备常采用增量和减量两种方式。增量即在静电卡盘吸附层表面通过喷涂、沉积等方式制备出凸点(和圆环)，此方式的缺点是凸点(和圆环)与静电卡盘吸附层之间存在内应力，受热、摩擦等环境影响，使用寿命有一定限制，但该方式可以制备出与静电卡盘吸附层不同材料的薄膜，以满足不同的电、热等技术需求；减量方式则是通过喷砂、刻蚀等方式对卡盘吸附层进行图形化减薄，制备出凸点(和圆环)。该方式的优点是凸点(和圆环)与静电卡盘吸附层无内应力，结合力良好，但是无法制备异质材料的卡盘吸附层和凸点(和圆环)。
在采用沉积方法制备图形化凸点过程中，特别是物理气相沉积过程中，设备(如靶材大小)、工艺(沉积束流分散性)、卡盘吸附层面积(如12英寸大尺寸)，沉积图形设计等因素影响，沉积得到图形高度的均匀性会有比较大的差异，有时误差会达到20％左右。
如果设备中靶材尺寸较小，则激发的等离子体束流直径小，而待沉积基体，即卡盘吸附层面积远大于靶材，则在卡盘吸附层中心区域获得更多粒子，从而获得更大的沉积高度值，而边缘则获得较少的离子，最终获得较小的高度值。而且这种位置差异性在卡盘吸附层为12英寸的大尺寸静电卡盘沉积过程中则更为明显。另外，由于，卡盘吸附层除凸点外，还需要沉积额外一些图形薄膜，由于沉积图形直径大小存在差异，在沉积过程中，在掩膜的纵深比影响下，直径较大的图形(如图1中的圆弧形凸起1)会比直径小的图形(图1中的点状凸起2)获得更大的高度值，从而也造成了图形高度均匀性的变差。
发明内容
本发明对掩膜板进行调整，将平面式改为阶梯式结构，改变沉积过程中不同位置和不同图形形貌的陡直度，以弥补沉积过程中出现的高度误差，将整个卡盘吸附层表面的高度误差控制在5％左右。同时，由于掩膜板刚度的增加，控制掩膜板高能量沉积过程中的变形量，可以提高薄膜图形尺寸精度。
本发明所采用的技术方案如下：
一种改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，用于在静电卡盘吸附层表面制作图形，
所述掩膜板的一侧板面从中心到边缘呈逐级降低的阶梯状，在所述掩膜板上设置有穿透其板面以供沉积形成图形的沉积通道，所述掩膜板的另一侧板面用于与静电卡盘吸附层表面贴合。
可选的，所述掩膜板为金属或陶瓷材料制成。
可选的，所述金属材料是钛、钛合金、铝、铝合金，316L不锈钢、4J29可伐合金中的一种。
可选的，所述陶瓷材料是氮化铝、氧化铝中的一种。
可选的，所述阶梯状是两级阶梯、三级阶梯、四级阶梯、五级阶梯中的一种。
可选的，所述掩膜板的最薄处厚度为1mm-3mm。
可选的，阶梯状的相邻阶梯的高度差为1mm-10mm。
可选的，所述阶梯状是与掩膜板一体加工成型的，或通过粘接形成阶梯状。
可选的，所述掩膜板为圆形，所述沉积通道包括从掩膜板中心到边缘的多圈凸点沉积通道，每一圈凸点沉积通道都包括沿周向间隔设置的多个凸点沉积通道，所述沉积通道还包括与所述掩膜板中心同心的圆弧沉积通道。
本发明还提供一种改善沉积薄膜厚度均匀性的方法，利用以上所述的掩膜板，将所述掩膜板的所述另一侧板面与静电卡盘吸附层表面贴合，采用物理气相沉积方法将沉积材料通过所述沉积通道沉积在静电卡盘吸附层表面。
本发明通过对掩膜板结构进行调整，采用多级阶梯的结构，可以有效改善卡盘吸附层表面薄膜的高度均匀性，高度均匀性可以降低至5％左右；同时，也提高了掩膜板的刚度，由于掩膜板刚度的增加，控制掩膜板高能量沉积过程中的变形量，可以提高薄膜图形尺寸精度。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示静电卡盘吸附层表面的凸起图形的示意图；
图2是表示本发明实施例的掩膜板的剖视图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
本实施例提供一种改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，用于在静电卡盘吸附层表面制作凸起图形，所述掩膜板10可以是圆形、方形等常用的形状。图2是掩膜板10的剖视图，所述掩膜板10的一侧板面101从掩膜板10的中心到边缘呈逐级降低的阶梯状，特别的，所述阶梯状可以是两级阶梯、三级阶梯、四级阶梯、五级阶梯中的一种。如图2所示，其包括三级阶梯，由内到外具体为，第一级阶梯3、第二级阶梯4、第三级阶梯5。在所述掩膜板10上设置有穿透其板面以供沉积形成图形的沉积通道6，图2是静电卡盘吸附层表面沉积的凸起图形20的示意图，如图2中，沉积通道6可以是与所述掩膜板同心的圆弧沉积通道61，该圆弧沉积通道61用以形成图1中所示的圆弧形凸起1，沉积通道6也可以是掩膜板中心到边缘的多圈凸点沉积通道62，每一圈凸点沉积通道62都包括沿周向间隔设置的多个凸点沉积通道62，凸点沉积通道62用以形成图1中的多圈的点状凸起2。所述掩膜板的另一侧板面102用于与静电卡盘吸附层表面贴合。其中，凸起图形还可以是例如圆环形、圆形、曲线型、曲面型等凸起图形，本实施例并不限制其图形的形状，只要在掩膜板上对应设置沉积通道6即可。
进一步的，所述掩膜板为金属或陶瓷材料制成。特别的，所述金属材料是钛、钛合金、铝、铝合金、316L不锈钢、4J29可伐合金中的一种。特别的，所述陶瓷材料是氮化铝、氧化铝中的一种。
进一步的，所述掩膜板的最薄处厚度为1mm-3mm。
进一步的，阶梯状的相邻阶梯的高度差为1mm-10mm。
进一步的，所述阶梯状是与掩膜板一体加工成型的，或通过粘接形成阶梯状。如图2中，可以是在第三级阶梯5上粘贴第二级阶梯4，在第二级阶梯4上粘贴第一级阶梯3，从而形成多级阶梯的形式。
本发明还提供一种改善沉积薄膜厚度均匀性的方法，利用以上所述的掩膜板，将所述掩膜板的所述另一侧板面102与静电卡盘吸附层表面贴合，采用物理气相沉积方法将沉积材料通过所述沉积通道沉积在静电卡盘吸附层表面。
实施例
该实施例为在氮化铝陶瓷吸附层(即静电卡盘吸附层)表面沉积如图1的凸点和圆弧的凸起的图形。掩膜板的结构见图2，其中61为预留的沉积圆弧形凸起1的沉积通道，62为预留的点状凸起2的沉积通道。
掩膜板材料：氧化铝陶瓷；
阶梯形式：三级阶梯；
三级阶梯的厚度由外至内为：1mm、3mm、5mm，分别是指阶梯面到掩膜板的另一面的距离；
沉积方式：物理气相沉积；
沉积材料：钛；
采用图2所示的掩膜板进行图形沉积，包括如下步骤：
将掩膜板10的与阶梯状相对的一面与静电卡盘吸附层表面贴合；
利用物理气相沉积的方法向所述静电卡盘吸附层表面沉积该沉积材料，形成圆弧形凸起1和点状凸起2。即对应第一级阶梯3在静电卡盘吸附层表面形成了圆弧形凸起1和点状凸起2，在该级阶梯的点状凸起2的高度均值为3.61μm，圆环图形高度为3.71μm；对应第二级阶梯4在静电卡盘吸附层表面形成了点状凸起2，在该级阶梯的点状凸起2的高度均值为3.55μm；对应第三级阶梯5在静电卡盘吸附层表面形成了点状凸起2，在该级阶梯的点状凸起2的高度均值为3.52μm。高度误差最大为5.1％。
对比例
该实施例为在氮化铝陶瓷吸附层表面(即静电卡盘吸附层)表面沉积如图1的凸点和圆弧的凸起的图形。掩膜板为无阶梯的平板式。
掩膜板材料：氧化铝陶瓷；
阶梯形式：无阶梯；
掩膜板厚度为1mm；
沉积方式：物理气相沉积；
沉积材料：钛；
采用无阶梯的掩膜板进行图形沉积，包括如下步骤：
将掩膜板的一面与静电卡盘吸附层表面贴合；
利用物理气相沉积的方法向所述静电卡盘吸附层表面沉积该沉积材料，形成圆弧形凸起1和点状凸起2。沉积后与三级阶梯掩膜板对应阶梯区域的凸点高度值均值分别为4.42μm、4.37μm、3.56μm，沉积后圆弧形凸起1的高度为4.81μm，高度误差为26.0％。
从以上对比例和实施例可以看出，通过阶梯状的掩膜板，可以很好的降低沉积图形的高度误差。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，用于在静电卡盘吸附层表面制作图形，其特征在于，
所述掩膜板的一侧板面从中心到边缘呈逐级降低的阶梯状，在所述掩膜板上设置有穿透其板面以供沉积形成图形的沉积通道，所述掩膜板的另一侧板面用于与静电卡盘吸附层表面贴合。
2.如权利要求1所述的改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，其特征在于，
所述掩膜板为金属或陶瓷材料制成。
3.如权利要求2所述的改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，其特征在于，
所述金属材料是钛、钛合金、铝、铝合金、316L不锈钢、4J29可伐合金中的一种。
4.如权利要求2所述的改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，其特征在于，
所述陶瓷材料是氮化铝、氧化铝中的一种。
5.如权利要求1所述的改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，其特征在于，
所述阶梯状是两级阶梯、三级阶梯、四级阶梯、五级阶梯中的一种。
6.如权利要求1所述的改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，其特征在于，
所述掩膜板的最薄处厚度为1mm-3mm。
7.如权利要求1所述的改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，其特征在于，阶梯状的相邻阶梯的高度差为1mm-10mm。
8.如权利要求1所述的改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，其特征在于，
所述阶梯状是与掩膜板一体加工成型的，或通过粘接形成阶梯状。
9.如权利要求1所述的改善沉积薄膜厚度均匀性的掩膜板，其特征在于，
所述掩膜板为圆形，所述沉积通道包括从掩膜板中心到边缘的多圈凸点沉积通道，每一圈凸点沉积通道都包括沿周向间隔设置的多个凸点沉积通道，所述沉积通道还包括与所述掩膜板中心同心的圆弧沉积通道。
10.一种改善沉积薄膜厚度均匀性的方法，其特征在于，利用权利要求1至9中任一项所述的掩膜板，将所述掩膜板的所述另一侧板面与静电卡盘吸附层表面贴合，采用物理气相沉积方法将沉积材料通过所述沉积通道沉积在静电卡盘吸附层表面。
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