CN1195378A

CN1195378A - 基片定位装置

Info

Publication number: CN1195378A
Application number: CN96196699A
Authority: CN
Inventors: M·R·哈姆斯; R·J·福斯; J·L·特赖斯; T·D·尼文
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-10-07
Also published as: WO1997009462A1; EP0848762A1; JPH11512485A; CA2230710A1; NO980918L; US5589000A; KR19990044416A; NO980918D0; AU6724596A

Abstract

一种定位装置,它包括:一第一板(12);一在将材料淀积于基片(22)上的过程中支承基片的第二板(14),基片支承于该第二板与第一板相对的一侧上;多个设置于第一板与第二板之间的热电装置(30),这些热电装置同时与第一板和第二板保持热联系;以及一控制各热电装置在材料淀积于基片上的过程中产生足以基本保持所需基片温度的热能的装置,其中,一部分热能通过第二板传递到基片,一部分热能通过第一板传递离开热电装置。

Description

基片定位装置

发明领域

本发明总的涉及材料淀积工艺，尤其是涉及用于将材料淀积于基片上定位装置。

相关技术讨论

半导体装置部分是通过将不同材料淀积于一基片上而形成的。汽相淀积是众所周知的一种将材料淀积于基片上的工艺。为了进行汽相淀积，将基片安装于真空室中的一定位装置上。将待淀积材料置于真空室中的一支架上。基片首先被加热，然后使其无源冷却。在基片冷却后，将待淀积材料加热到足以使其汽化的高温。汽化后的材料被吸到冷的基片上，在基片上形成一个涂层。在将基片拆离定位装置之前再次使其无源冷却。整个汽相淀积过程，包括无源冷却所需的时间，可能要花几个小时。

然而，现有的汽相淀积工艺可能产生特性不一的涂层。不一致的特性通常是因在基片表面区域上的材料的淀积不均匀而造成的。例如，不均匀性可包括，淀积材料在整个基片上的厚度和密度不均匀。不均匀性可发生在一个组块内的不同的基片之间，以及单块基片的不同区域之间。不均匀性对于将材料在大表面积的基片上淀积来说尤为棘手。例如，这种厚度和密度的不均匀性所造成的不一致的特性，对汽相淀积的金属、半导体或绝缘材料来说可包括不一致的电子特性，对汽相淀积的诸如硒之类的辐射敏感材料来说可包括不一致的辐射敏感性特性，对汽相淀积的性能特性很容易随温度而变的材料来说包括不一致的热特性。

汽相淀积材料的厚度和密度的不均匀性的起因可以是基片定位装置的变形和汽相淀积工艺过程中的温度控制不够。定位装置的变形可以是因刚性连接于一起而形成定位装置的构件具有不同的热膨胀系数而造成的。在前后两个汽相淀积过程之间进行高温升华来清洁定位装置，这所导致的温度梯度可造成不同的热膨胀，导致定位装置构件的变形。定位装置的变形可造成定位装置与基片之间热接触的不均匀，导致淀积在基片上的材料的厚度和密度的不均匀性。

在汽相淀积工艺过程中对基片温度控制不够也可导致淀积材料的厚度和密度不均匀。更具体地说，沿基片表面的温度变化可使基片不同区域内的材料的淀积有差异。在不同汽相淀积过程中的温度变动可使同一组块内的不同基片之间的淀积有差异。而且，温度变化可影响汽相淀积材料的性能特性。例如，诸如硒之类的辐射敏感材料，其敏感特性可以作为施加于材料上的熔化温度的函数而变化。不准确的温度控制可造成温度偏离于合适的熔化温度窗口，导致不一致的敏感性特性。

发明概要

鉴于使用现有的诸如汽相淀积之类的淀积工艺进行材料淀积可能造成不一致的特性，本发明旨在一种基片定位装置和实现改进的淀积工艺的方法。在一实施例中，本发明的定位装置和方法采用一种在淀积工艺过程中有源加热和冷却基片的装置，以加强单块基片上和不同基片之间的温度控制，并响应温度变化而实现快速的温度调节。另一个优点是，本发明的定位装置和方法所提供的有源冷却可加速整个淀积过程。该定位装置和方法还采用一种减小定位装置在淀积过程中因热梯度而变形的定位装置结构。通过减小定位装置对变形的敏感性和改善温度控制，本发明的定位装置和方法能使材料的淀积具有更一致的特性。

在第一实施例中，本发明提供一种在将材料淀积于基片上的过程中使用的定位装置，该定位装置包括：一第一板；一在将材料淀积于基片上的过程中支承基片的第二板，基片支承于该第二板与第一板相对的一侧上；多个设置于第一板与第二板之间的热电装置，这些热电装置同时与第一板和第二板保持热联系；以及一控制各热电装置在材料淀积于基片上的过程中产生足以基本保持所需基片温度的热能的装置，其中，一部分热能通过第二板传递到基片，一部分热能通过第一板传递离开热电装置。

在第二实施例中，本发明提供一种将材料淀积于基片上的方法，该方法包括：提供一第一板和一第二板；在第一板和第二板之间提供多个热电装置，这些热电装置与第一板和第二板保持热联系；将基片设置在第二板与第一板相对的表面上；将材料淀积于基片上；以及控制各热电装置在材料淀积于基片上的过程中产生足以基本保持所需基片温度的热能，其中，热能通过第二板传递到基片，热能通过第一板传递离开热电装置。

在第三实施例中，本发明提供一在将材料淀积于基片上的过程中支承基片的定位装置，该定位装置包括：一第一板；一在将材料淀积于基片上的过程中支承基片的第二板，基片支承于该第二板与第一板相对的一侧上；一邻接于第二板并与第一板相对而设置的第三板，该第三板具有一接纳基片的第一孔；以及一邻接于第三板并与第二板相对而设置的第四板，该第四板具有一暴露基片以便淀积材料的第二孔，其中，第四板遮住一部分基片以防被淀积，并保持基片抵靠于第二板。

本发明的定位装置和方法的优点将在下面的描述中部分地被阐明，并可部分地通过该描述而趋明了，也可以通过本发明的实施而得到理解。本发明的装置和方法的优点将通过书面的描述和权利要求以及附图中具体表明的装置而得以实现和完成。然而，应予理解的是，前面的大致描述和后面的详细描述都仅仅是示例性的和说明性的，而不对请求保护的本发明有所限制。

附图简述

图1是按照本发明的用于将材料淀积于基片上的定位装置的立体分解图；

图2是按照本发明的图1所示的定位装置的一部分的立体分解图，其中进一步示出了一温度控制装置；

图3是按照本发明的用于控制图2所示的温度控制装置的一示例系统的功能方框图；

图4是按照本发明的图2所示的定位装置的一部分的侧视分解图，它经过改动后而具有一相变材料；

图5是按照本发明的图2所示的定位装置的一部分的立体分解图，它经过改动后而具有一液体冷却系统。

较佳实施例详述

图1是按照本发明的用于将材料淀积于基片上的定位装置10的立体分解图。如图1所示，定位装置10具有一第一板12、一邻接于第一板而设置的第二板14、一邻接于第二板并与第一板相对而设置的第三板16和一邻接于第三板并与第二板相对而设置的第四板18。整个定位装置10可以安装在真空室内的一支承台(未示出)上。

第三板16形成一用于接纳基片22的第一孔20。第一孔20用于使基片22定位于定位装置10内。基片22安装在第一孔20内，并由第二板14支承。第四板18具有一第二孔24，该孔使基片22的一部分暴露用于通过例如汽相淀积来进行材料的淀积。第二孔24的尺寸小于基片22。因此，第四板18遮住一小部分基片22以防受淀积，并用于保持基片抵靠第二板14。

进一步如图1所示，第三板16可以用例如多个分别设置在第三板和第二板上螺钉孔26、28安装于第二板14。但是，第三板16最好用少量的螺钉安装于第二板14，从而能快速拆卸第三板，以便在前后两个淀积过程之间按需要进行升华处理。第一和第二板12、14通过多个附加的螺钉孔(图1中未示出)而安装在一起。用来连接第一和第二板12、14以及第二和第三板14、16的螺钉可以具有弹簧垫片，以更易于吸收板12、14、16在淀积过程中的热膨胀和收缩。

第一、第二和第三板12、14、16最好由同一种材料制成，诸如铝。这样，通过螺钉连接于一起的第一、第二和第三板12、14、16可具有相同的热膨胀系数。因此，第一、第二和第三板12、14、16可一起膨胀和收缩，在淀积过程中不容易变形而造成不均匀性。

第四板18用于在将基片置于第三板16的孔20内之后罩住和保持基片22。因此，第四板18可以与定位装置10相分离，以便放置新的基片22。可以在将基片22置于第一孔20内后，用例如一凸轮脱扣器或弹簧加载机构将第四板18的周边可拆地夹持于定位装置10。该凸轮脱扣器或弹簧加载机构可以配置成提供一预定的加载力，以保持基片22抵靠第二板14。第四板18最好由刚性材料制成，诸如不锈钢。第四板18设计成具有足够的刚性来防止在加热和冷却过程中的变形。第四板18的刚性可起到更有效地将均匀的保持压力传递到基片22上的作用。

第四板18的第二孔24框住基片22的成象区，用于淀积辐射敏感材料。第四板18基本上将第四板和定位装置10之间的所有夹持力传递到基片22被遮的周边上。第四板18的遮覆部分还用于在淀积工艺过程中将定位装置10的内部构件也就是第一、第二和第三板12、14、16基本与淀积材料相隔离。这样，第四板18可以是定位装置10需要被分离和进行升华以便在两淀积过程之间除去淀积材料的仅有的构件。但是，如果第三板16被淀积材料涂覆到的话，也可能需要在两淀积过程之间卸下该第三板。

图2是按照本发明的图1所示的定位装置的一部分的立体分解图，其中进一步示出了一温度控制装置。如图2所示，第一板12与第二板14之间设置有多个热电装置30。例如，该热电装置30可安装在第一板12上，并可以在第一板和第二板14的表面上布置成阵列的形式。热电装置30的两相对的大表面分别与第一板12和第二板14保持热联系。因此，第一板12和第二板14将热电装置30夹在中间。在相邻的热电装置30之间，第一板12与第二板14彼此互不接触。而且，还有气隙将第一板12与第二板14分开，防止第一和第二板之间产生热短路。该气隙的厚度与各热电装置30以及任何随装置一起安装于第一板12上的导电涂胶或薄膜的厚度相当。

第一板12、第二板14和热电装置30一起形成一有源加热和冷却装置，用以控制辐射敏感材料淀积过程中的基片22温度。第一和第二板12、14最好由铝制成，但也可以由其它具有较高热传导性的材料制成。第一板12的厚度足以在基片冷却阶段中形成冷源，将热电装置30所产生的热能传递离开第二板14、基片22和热电装置30。第二板14可用于在基片加热阶段中将热能从热电装置30传递至基片22。第一板12和第二板14可以具有用螺钉将第一和第二板连接在一起的孔。图2示出了形成于第一板12上的孔32。这些孔可以延伸通过第一板12的全部厚度，并延伸通过第二板14的部分厚度。可能需要用弹簧垫片与螺钉一起插入这些孔中，以更好地吸收第一板12和第二板14的热膨胀和收缩。

热电装置30最好是珀尔帖效应热电装置，它们在一起可起到热泵的作用。市场上有的合适的珀尔帖效应热电装置的一个例子是由加利福尼亚州SanRafael的Nova Technology生产的95/071/040型热电装置。正如技术上众所周知的，每个热电装置30具有几个金属-半导体结。响应于直流电流加到各热电装置30，热能在一个结处产生，而在另一个结处被吸收。其结果是产生热接和冷结。电流极性的逆转使得诸结由热转冷和由冷转热。热电装置30配置成使得各结的一侧邻接于第一板12，而各结的另一侧邻接于第二板14。

珀尔帖效应热电装置30对基片22的净加热或冷却效应与加在装置上的电流的幅度和持续时间成正比。在加热阶段中，将极性选择成加热第二板14来施加电流，因而加热基片22。当需要冷却基片22时，将施加于热电装置30上的电流的极性反过来。在该冷却阶段中，第一板12吸收热电装置30放出的热能。第一板12将一部分热能辐射到任何可安装定位装置10的支承台上，并储存其余的热能。如果所施加的电流具有恒定的幅度，则可以将电流施加的持续时间选择成能达到所需要的加热效果。或者，可以调节电流的持续时间和幅度来实现更快的反应。

图3是按照本发明的用于控制图2所示的温度控制装置的一示例系统的功能方框图。如图3所示，系统36具有一通过线42与一交流电源40相连的直流电源38。如线46、48所表示的，可逆极性控制器44从直流电源38接收直流电能。控制器44进行操作，响应一温度感应装置而控制施加于热电装置30上的电流的极性和持续时间。温度感应装置至少感应一个参数，该参数表示在将辐射敏感材料淀积于基片上的过程中基片22的温度。

在图3的实例中，感应装置包括一热电偶50。该热电偶50可以设置用来感应能表示基片22温度的一个温度。例如，热电偶50可以包括一安装在第二板14或基片22的一非淀积区上的箔型热电偶。热电偶50产生能表示感应到的温度的输出信号，并将该输出信号传送至控制器44，如线52所表示。响应热电偶50所产生的输出信号，控制器44控制各热电装置30在将材料淀积于基片上的过程中产生足以基本保持所需基片温度的热能。

合适的控制器44的一个例子是明尼苏达州Minneapolis的Cool Corporation生产的33-00型可编程可逆直流控制器。控制器44的程序设定成根据感应温度的上、下限，也就是从热电偶50接收到的输出信号，来打开和关闭热电装置30并转换施加电流的极性。如图3的实例中所示，安装于第一板12上的热电装置30可包括一4×6的装置阵列。该阵列各行中的六个热电装置30可以彼此串联而形成装置组54、56、58、60。控制器44具有输出端62、64，它们在各热电装置30上施加电流。

在操作中，控制器44监测热电偶50所产生的输出信号，以决定在淀积工艺的进程中对于一个特定的温度点来说，基片22的温度是否在许可的温度窗口内。如果温度参数降到温度下限以下，控制器44则通过输出端62、64，以所选择极性的电流来驱动热电装置30，将热能从热电装置传递到第二板14和基片22。控制器44继续用具有加热极性的电流来驱动热电装置，直到热电偶50的输出信号表明温度参数已超过温度上限为止。作为响应，控制器44逆转所施加的电流的极性，以有源冷却基片22，将热能从基片和第二板14传递到起冷源作用的第一板12。

控制器44在整个淀积过程中持续以上述方式进行操作，考虑不同工艺阶段的温度窗口的变化。以上相对较为简单地描述了控制器44使基片22保持所需温度的方式。控制器44的操作可以很容易地改变成采用其它控制技术，诸如导数控制。将珀尔帖效应热电装置30与控制器44一起使用来有源加热和冷却基片22，可实现基片温度的迅速调节。有源地使基片22达到适当温度的能力能产生淀积材料所需的合适的熔化温度，提供更为一致的特性。热电装置30和控制器44所提供的更快的反应，可减少进行全部淀积过程所需要的时间。

图4是按照本发明的图2所示的定位装置10的一部分的侧视分解图，它经过改动后而具有一相变材料。为在淀积过程中保持更恒定的基片温度，可能需要在冷源第一板12中加入更多的热物质。加入更多的热物质，可传递更多的热量，因而可增加冷却持续时间。图4示出在第一板12上装一相变材料囊66。该相变材料可增加第一板12的能量储存能力，而不会显著增大第一板的尺寸。例如，相变材料可包括低熔共晶盐。在冷却过程中，大量的热能被用来使相变材料从固相转变成液相，因而增大了第一板12的储存能力。

图5是按照本发明的图2所示的定位装置的一部分的立体分解图，它经过改动后而具有一液体冷却系统。使诸如水之类的液体通过第一板12可进一步增强第一板的热传递性能。图5中所示的液体冷却系统具有一入口集管68、多个流动通道管70和一出口集管72，它们一体地形成于第一板12内。在操作中，液体冷却系统可以随时打开，也可以在冷却模式操作中由控制器44选择性地启动。例如，启动与入口集管68和一冷却液体源相连的一个泵，可以选择性地启动液体冷却系统。

以上描述了本发明的装置和方法的示例性的实施例，本技术领域的技术人员在理解了本文所揭示的发明特征和实施后，很容易演绎出其它的优点和变化。因此，这些说明和实例应看作仅仅是示例性的，发明真正的范围和精神由所附的权利要求书指明。

Claims

1.一种在将材料淀积于基片上的过程中使用的定位装置，该定位装置包括：

一第一板；

一在将材料淀积于基片上的过程中支承基片的第二板，基片支承于该第二板与第一板相对的一侧上；

多个设置于第一板与第二板之间的热电装置，这些热电装置同时与第一板和第二板保持热联系；以及

一控制各热电装置在材料淀积于基片上的过程中产生足以基本保持所需基片温度的热能的装置，

其中，一部分热能通过第二板传递到基片，一部分热能通过第一板传递离开热电装置。

2.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，它还包括一用于感应至少一个能表示在将辐射敏感材料淀积于基片上的过程中基片温度的参数的温度感应装置，其中，控制装置响应感应装置所感应到的参数而控制各热电装置。

3.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，各热电装置是珀尔帖效应热电装置，控制装置控制施加于各珀尔帖效应热电装置上的电流的极性来加热和冷却基片。

4.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，热电装置在第一板和第二板一个表面上配置成一阵列。

5.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，它还包括一邻接于第二板并与第一板相对而设置的第三板，该第三板具有一接纳基片的第一孔；以及一邻接于第三板并与第二板相对而设置的第四板，该第四板具有一暴露基片以便进行材料的淀积的第二孔，其中，第四板遮住一部分基片以防被淀积，并保持基片抵靠于第二板。

6.如权利要求5所述的定位装置，其特征在于，第四板由不锈钢构成。

7.如权利要求5所述的定位装置，其特征在于，第四板和第二孔的尺寸制成使得第四板基本上将第一板、第二板和热电装置与材料相隔离。

8.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，第一板具有一相变材料，该相变材料响应于第一板所传递的热量而变相，该相变材料可增强第一板的热量传递。

9.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，它还包括多个形成于第一板上的口和使液体通过这些口而增强第一板的热量传递的装置。

10.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，感应至少一个能表示基片温度的参数的装置具有一邻接于第二温度感应装置和基片中的一个而设置的温度感应装置。

11.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，这种材料是辐射敏感材料。

12.如权利要求11所述的定位装置，其特征在于，该辐射敏感材料是硒。

13.如权利要求1所述的定位装置，其特征在于，该定位装置安装于汽相淀积室内，将材料汽相淀积于基片上。