CN209941085U - 一种具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，包括主溅镀系统、即时监控系统和修正补偿系统，即时监控系统包括测量仪器发射端、测量仪器接收端和透镜；测量仪器发射端发出的测量信号从一个开孔入射到所述的腔体内，经衬底托盘上的晶圆反射，从另一个开孔射出，并穿过透镜到达测量仪器接收端；衬底托盘包括基底盘和上托盘，基底盘上表面设有滑槽，滑槽内设有滑轨，上托盘的底部设有与所述的滑轨相连接的滑块；滑块在滑轨中的移动由控制器根据测量仪器接收端测量的结果来调整。本实用新型通过增加即时监控系统，线上整合参数检测功能，一旦发现晶圆膜厚出现偏差，则采用修正补偿系统进行调整；从而提高了生产效率，并严控产品的质量。
Description
技术领域
本发明属于薄膜磁控溅镀技术领域，具体涉及一种具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统。
背景技术
薄膜磁控溅镀是利用惰性气体电离后在磁场影响下轰击靶材，靶材原子被溅镀到材料表面，从而沉积一层薄膜。薄膜溅镀广泛应用于半导体、电子、光学等工艺制程中。薄膜磁控溅射能做到多元合金镀膜，反应成份易控制，且与衬底附着性好。但随着生产质量要求的提高，我们对成膜的厚度均匀性、粗糙度、残余应力等参数也愈加严格。这些参数指标的瑕疵将直接影响最终产品的性能。
在通常情况下，镀膜成型后，样品会拿到线下的测试机台量测当前的膜厚、粗糙度、应力等参数。根据当前镀膜的参数，再调整后续产品制程的工艺参数，重复镀膜、量测、调整工艺的过程。且不说这个重复过程的繁琐费时、线下数据与线上产品数据的差异，线下数据并不能实时准确的反馈到线上产品上。因此，现有的这种方式大大降低了生产的效率，和对产品品质的准确严格把控。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，在线上整合参数检测功能，从而提高生产效率。
本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，包括主溅镀系统，主溅镀系统包括控制器、腔体、位于腔体上方的靶材和靶材正下方的衬底托盘，靶材上方设有磁铁，控制器控制所述的靶材磁控溅镀到衬底托盘上的晶圆上，其特征在于：本整合系统还包括即时监控系统和修正补偿系统；其中，
即时监控系统包括测量仪器发射端、测量仪器接收端和透镜；腔体的侧壁上设有2个对应的开孔，使得测量仪器发射端发出的测量信号从一个开孔入射到所述的腔体内，经衬底托盘上的晶圆反射，从另一个开孔射出，并穿过透镜到达测量仪器接收端，测量仪器接收端与所述的控制器连接；所述的2个对应的开孔处还设有用于在溅镀时遮住开孔的遮板，遮板的开关由所述的控制器控制；
所述的衬底托盘包括基底盘和上托盘，基底盘上表面设有滑槽，滑槽内设有滑轨，上托盘的底部设有与所述的滑轨相连接的滑块；滑块在滑轨中的移动由所述的控制器根据测量仪器接收端测量的结果来调整，构成所述的修正补偿系统。
按上述方案，所述的主溅镀系统还包括转轴组件；所述的磁铁设置在转轴组件底部，转轴组件由所述的控制器控制绕靶材的中心轴旋转、以及在竖直平面构成一定的摆动角度。
按上述方案，所述的转轴组件包括轴；轴的顶部设有摆动驱动构件和旋转驱动构件，摆动驱动构件和旋转驱动构件由所述的控制器驱动；轴的底部连有梁，轴与梁构成倒T字形，所述的磁铁设置在梁上。
按上述方案，所述的测量仪器发射端为激光发射器，测量仪器接收端为激光接收器，所述的测量信号为激光。
按上述方案，所述的测量仪器发射端为X射线发射器，测量仪器接收端为X射线接收器，所述的测量信号为X射线。
按上述方案，所述的开孔处设有透明密封的挡板，挡板的两端与腔体侧壁固定连接。
按上述方案，所述的磁铁可移动式安装在所述的梁上，移动范围为0-10mm。
按上述方案，所述的转轴组件在竖直平面的摆动角度范围为±2°。
按上述方案，所述的基底盘的底部连接有升降控制组件和旋转控制组件，升降控制组件和旋转控制组件均由控制器控制。
本实用新型的有益效果为：通过增加即时监控系统，无需将产品拿到线下检测，在线上即可整合参数检测功能，能够实时的检测晶圆的质量，一旦发现晶圆膜厚出现偏差，则可迅速的采用修正补偿系统进行调整；从而提高了生产效率，并严控产品的质量。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的整体结构示意图。
图2为主溅镀系统和即时监控系统的结构示意图。
图3为衬底托盘的俯视图。
图4为衬底托盘的左视图。
图中：1-转轴组件，2-磁铁，3-靶材，4-腔体，5-衬底托盘，5-1-滑槽，5-2-基底盘，5-3-上托盘，6-测量仪器发射端，7-测量仪器接收端，8-透镜，9-测量信号，10-遮板，11-挡板。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本实用新型做进一步说明。
本实用新型提供一种具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，如图1所示，包括主溅镀系统、即时监控系统和修正补偿系统。
如图2所示，主溅镀系统包括控制器、腔体4、位于腔体4上方的靶材3和靶材3正下方的衬底托盘5，靶材3上方设有转轴组件1和磁铁2；磁铁2设置在转轴组件1的底部，转轴组件由1所述的控制器控制绕靶材3的中心轴旋转、以及在竖直平面构成一定的摆动角度。控制器控制所述的靶材3磁控溅镀到衬底托盘5上的晶圆上。在本实施例中，所述的转轴组件1包括轴；轴的顶部设有摆动驱动构件和旋转驱动构件，摆动驱动构件和旋转驱动构件由所述的控制器驱动，使得转轴组件1在竖直平面的摆动角度范围为±2°，绕靶材3的中心轴360旋转。轴的底部连有梁，轴与梁构成倒T字形，所述的磁铁2可移动的设置在梁上，移动范围为0-10mm。转轴组件1工作时会绕靶材3的中心轴做匀速旋转运动，磁铁2能够沿着梁做径向运动，与靶材的中心轴的相对位置经控制器控制线性马达移动实现。靶材3和腔体4，维持了相对稳定的真空环境，保证工艺的正常进行。
如图2所示，即时监控系统包括测量仪器发射端6、测量仪器接收端7和透镜8；腔体的侧壁上设有2个对应的开孔，使得测量仪器发射端6发出的测量信号9从一个开孔入射到所述的腔体4内，经衬底托盘5上的晶圆反射，从另一个开孔射出，并穿过透镜8到达测量仪器接收端7，测量仪器接收端7与所述的控制器连接；所述的2个对应的开孔处还设有用于在溅镀时遮住开孔的遮板10，遮板10的开关由所述的控制器控制。进一步的，开孔处设有透明密封的挡板11，挡板11的两端与腔体4的侧壁固定连接，用于测量信号9能够顺利的穿透到腔体4，且在溅镀时又能保证腔体4内的密封性能。当需要测量时，则将遮板10打开，当镀膜时，遮板10合上，避免溅镀时的溅镀材料覆盖到挡板11上，若覆盖上则测量信号9无法穿透到腔体4。进一步的，遮板10为旋转式，具体的，遮板10的一端与旋转轴连接，旋转轴与墙体4侧壁通过轴承连接，旋转轴的旋转由所述的控制器控制。
在磁控溅射成膜过程中，镀膜成于晶圆表面。测量仪器为光学设备或声学设备，由发射端和接收端组成。测量仪器被赋予不同的功能，分别能测量粗糙度、薄膜厚度、应力等参数。若干组装置就可以获得若干组对应的粗糙度、厚度、应力测量功能，原理与线下的测量系统是一样的。
例如，所述的测量仪器发射端6为激光发射器，测量仪器接收端7为激光接收器，所述的测量信号9为激光。测量膜厚时，利用OEI(Optical Emission Interferometry，光发射干涉法)方式，激光从测量仪器发射端6入射到腔体4内，经过晶圆表面的折射反射，并通过透镜8聚集，到测量仪器接收端7，根据d＝λ/2n推算膜厚。
又例如，所述的测量仪器发射端6为X射线发射器，测量仪器接收端7为X射线接收器，所述的测量信号9为X射线。测量信号穿过晶圆表面的薄膜时，薄膜吸收测量信号的部分能量，直接影响到膜下基体的衍射强度。通过侦测基体的衍射强度，即可推算出薄膜厚度。
另外，还可以利用超声波来测量膜厚，用激光来测量粗糙度和应力等参数。
如图3和图4所示，衬底托盘5包括基底盘5-2和上托盘5-3，基底盘5-2上表面设有滑槽5-1，滑槽5-1内设有滑轨，上托盘5-3的底部设有与所述的滑轨相连接的滑块；滑块在滑轨中的移动由所述的控制器根据测量仪器接收端测量的结果来调整，构成所述的修正补偿系统。所述的基底盘5-2的底部连接有升降控制组件和旋转控制组件，升降控制组件和旋转控制组件均由控制器控制。衬底托盘5可升降、旋转、上托盘5-3能够相对基底盘5-2径向移动。
控制器获得即时监控系统的晶圆当前参数信息之后，根据不同参数，控制修正补偿系统进行相应的动作。
| 反馈调节方式 | |
| 膜厚 | 上托盘位移，磁铁位置，镀膜时间，气体流量 |
| 粗糙度 | 偏置射频电压 |
| 应力 | 气体流量，偏置射频电压 |
以膜厚调节为例。晶圆在成膜过程中，在设定的成膜时间完成后，镀膜会暂停，即时监控系统开始工作。以激光测量为例，多组激光测量仪器同时量测晶圆的多点膜厚(如13组激光测量仪器，13点膜厚)，量测过程在设定的时间内完成。即时监控系统将数据计算，以下表所示的方式处理反馈信息到主溅镀系统。于是主溅镀系统按该信息继续在设定的时间内成膜，继续监控反馈。以此循环往复直至成膜完成。
当膜厚中心边缘不均匀时，控制磁铁2与转轴的距离，就能相应改变中心与边缘的成膜速率。使得膜薄的地方镀膜加快，厚的地方减慢。当膜厚中心与基底盘5-2中心不重合时，控制上托盘5-3在滑轨中的位置，使得两中心点重合。当膜厚局部区域分布特别不均匀，可控制基底盘5-2的旋转的方式，设定不同位置的停留时间，以此控制膜厚。
本发明中，即时监控系统能够监测晶圆在溅镀前后的膜厚、粗糙度和应力参数，达到同时测量晶圆多点多参数的目的。磁铁2有三个自由度的运动：径向移动、轴向旋转和轴平面摆动。衬底托盘5有三个自由度的运动：径向运动、轴向旋转和高度调节。本发明完成了工艺镀膜-实时量测-反馈机台调整膜厚的完整的调节闭环。做到在镀膜的过程中同时将反馈补偿上去，得到最优的结果。
以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，包括主溅镀系统，主溅镀系统包括控制器、腔体、位于腔体上方的靶材和靶材正下方的衬底托盘，靶材上方设有磁铁，控制器控制所述的靶材磁控溅镀到衬底托盘上的晶圆上，其特征在于：本整合系统还包括即时监控系统和修正补偿系统；其中，
即时监控系统包括测量仪器发射端、测量仪器接收端和透镜；腔体的侧壁上设有2个对应的开孔，使得测量仪器发射端发出的测量信号从一个开孔入射到所述的腔体内，经衬底托盘上的晶圆反射，从另一个开孔射出，并穿过透镜到达测量仪器接收端，测量仪器接收端与所述的控制器连接；所述的2个对应的开孔处还设有用于在溅镀时遮住开孔的遮板，遮板的开关由所述的控制器控制；
所述的衬底托盘包括基底盘和上托盘，基底盘上表面设有滑槽，滑槽内设有滑轨，上托盘的底部设有与所述的滑轨相连接的滑块；滑块在滑轨中的移动由所述的控制器根据测量仪器接收端测量的结果来调整，构成所述的修正补偿系统。
2.根据权利要求1所述的具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，其特征在于：所述的主溅镀系统还包括转轴组件；所述的磁铁设置在转轴组件底部，转轴组件由所述的控制器控制绕靶材的中心轴旋转、以及在竖直平面构成一定的摆动角度。
3.根据权利要求2所述的具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，其特征在于：所述的转轴组件包括轴；轴的顶部设有摆动驱动构件和旋转驱动构件，摆动驱动构件和旋转驱动构件由所述的控制器驱动；轴的底部连有梁，轴与梁构成倒T字形，所述的磁铁设置在梁上。
4.根据权利要求1所述的具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，其特征在于：所述的测量仪器发射端为激光发射器，测量仪器接收端为激光接收器，所述的测量信号为激光。
5.根据权利要求1所述的具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，其特征在于：所述的测量仪器发射端为X射线发射器，测量仪器接收端为X射线接收器，所述的测量信号为X射线。
6.根据权利要求1所述的具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，其特征在于：所述的开孔处设有透明密封的挡板，挡板的两端与腔体侧壁固定连接。
7.根据权利要求3所述的具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，其特征在于：所述的磁铁可移动式安装在所述的梁上，移动范围为0-10mm。
8.根据权利要求2或3所述的具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，其特征在于：所述的转轴组件在竖直平面的摆动角度范围为±2°。
9.根据权利要求1所述的具特级控制之薄膜磁控溅镀整合系统，其特征在于：所述的基底盘的底部连接有升降控制组件和旋转控制组件，升降控制组件和旋转控制组件均由控制器控制。
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|---|---|---|---|---|
| CN116005124A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-04-25 | 佛山市博顿光电科技有限公司 | 镀膜换层判停方法、装置及镀膜控制设备 |
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