CN215628271U - 一种沉积装置 - Google Patents

Abstract

本方案提供了一种沉积装置，包括：位于沉积室内侧的升降基座和可活动设置的检测机构；所述检测机构在沉积装置进行沉积室检测时，伸入所述升降基座和预置于沉积室顶部的靶材之间对靶材和/或预置于所述升降基座上的晶圆进行检测，并在完成检测之后，离开所述升降基座和靶材之间的区域。本方案能够减少故障排查时间，提高排查的准确性和及时性。

Description

一种沉积装置

技术领域

本方案涉及半导体技术领域，特别涉及一种沉积装置。

背景技术

在气相沉积PVD工艺中，靶材基片间距，加热器调平，升降销调平以及靶材的实际使用寿命(例如厚度)属于沉积过程中十分重要的参数。

目前在PVD设备正常工艺过程期间，对实际靶材基片间距(target-to-substratespacing)，加热器调平(heater leveling)，升降销调平(lift pin leveling)的测量与校准需要通过开腔，使用标尺等测量工具的方式进行手动量测，而对于靶材表面的erosionprofile(刻蚀剖面)及剩余厚度需要换下靶材做切片测试来确认。

实用新型内容

本方案意在提供一种能够对沉积装置内部空间距离进行测量的沉积装置，能够减少故障排查时间，提高排查的准确性和及时性。

为实现上述目的，本方案采用如下技术方案：

第一个方面，本方案提供了一种沉积装置，其特征在于，包括：位于沉积室内侧的升降基座和可活动设置的检测机构；所述检测机构在沉积装置进行沉积室检测时，伸入所述升降基座和预置于沉积室顶部的靶材之间对靶材和/或预置于所述升降基座上的晶圆进行检测，并在完成检测之后，离开所述升降基座和靶材之间的区域。

在一种优选地实施例中，所述沉积室内具有沉积工作区；所述沉积工作区为所述升降基座和靶材之间的对晶圆进行沉积的空间。

在一种优选地实施例中，所述沉积室内具有沉积腔；在所述升降基座从所述沉积腔底部盖合所述沉积腔之前，所述沉积腔和升降基座之间具有空隙，所述检测机构能够从所述空隙伸入升降基座和靶材之间。

在一种优选地实施例中，位于沉积室的沉积工作区上方的固定机构，所述靶材通过固定机构固定在沉积室内，且至少一部分位于沉积室的沉积工作区内。

在一种优选地实施例中，所述沉积室的上部设有沉积腔，所述沉积腔内的空间作为所述沉积工作区；在沉积装置进行沉积工作时，所述靶材位于沉积腔顶部；所述升降基座将预置在其上的晶圆升至沉积腔底部，使所述晶圆位于所述沉积腔内。

在一种优选地实施例中，所述升降基座包括：用于承载晶圆的承载平台和固定在承载平台下方的升降机构。

在一种优选地实施例中，所述检测机构包括：传动机构和固定在传动机构前端的检测仪；所述检测仪通过传动机构，穿过所述预定空隙传送至靶材下方，且能够在靶材下方移动；或者，穿过所述预定空隙传送至升降基座上预置的晶圆上方。

在一种优选地实施例中，所述传动机构包括：动力源和传动结构；所述传动结构的一侧与动力源固定；所述传动结构的另一侧设置检测仪；所述传动结构包括：传动连杆、传动悬臂、传动转盘中的一种或多种。

在一种优选地实施例中，所述传动机构采用机械臂；所述检测仪设置在机械臂的一端。

在一种优选地实施例中，包括控制单元，基于实时控制指令或预定的检测计划，控制所述检测机构对靶材和/或晶圆进行检测。

有益效果

本方案能够在不开腔的情况下进行，加热器调平和升降销调平的测量，能够及时将晶圆在PVD沉积室内的放置情况反馈给工程师，大幅度减少故障排除的时间；

本方案能够在调节靶材基片间距时，实时获得准确的数据，便于记录、分析靶材整个使用周期内靶材基片间距对薄膜(film)的厚度均匀性等性质的影响，以维持工艺稳定；

本方案能够直接获取腔内靶材的表面形貌信息，通过与原始靶材形貌与厚度的对比，获取靶材的剩余厚度，免去送切测试造成的人力物力消耗。

附图说明

图1示出本方案所述沉积装置的一种实施例的示意图；

图2示出本方案所述沉积装置进行靶材检测的一种实施例的示意图；

图3示出本方案所述沉积装置进行晶圆检测的一种实施例的示意图；

图4示出本方案所述检测方法的示意图。

标号说明

1、沉积室；101、沉积工作区；

2、升降基座；201、承载平台；202、升降机构；

3、检测机构；301、传动机构；302、检测仪；

4、靶材；

5、晶圆。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量、位置关系及比例可在实现本方技术方案的前提下随意改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。因此，可以预见到例如因为制造技术和/或公差而导致示意图中的形状有所变化。因此，示例性实施例不应所述被认为限于图中所示区域的具体形状，而是还可以包括由例如制造工艺造成的形状偏差。在附图中，为了清晰起见，可能会放大某些层和区域的长度和尺寸。附图中的相似附图标记表示相似的部件。还应所述理解到，当某一层被称为“位于其它层或基板上”时，所述层可以直接位于其它层或基板上，或者也可以存在中间层。

经研究和分析，在现有方案中，通过开腔换下靶材进行PM分析检测的方式，来确认靶材基片间距(target-to-substrate spacing)，加热器调平(heater leveling)，升降销调平(lift pin leveling)以及靶材的实际使用寿命(厚度)等参数，需要大量的时间、人力与物力，并且存在反馈时间慢，靶材送切测试后就不能再次使用等问题。

因此，本方案意在提供一种沉积装置，通过改变沉积装置的底部空间，增加检测机构，当pedastal/E-chuck(基座/静电吸盘)降下时，检测机构从基座和沉积工作区之间的间隙进入沉积室的沉积工作区或基座的上方，对沉积室的靶材和/或基座上的晶圆进行检测，以获取腔室内部的空间信息。

为使本方案的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本方案具体实施例做详细的说明。

如图1所示，本方案所述沉积装置包括：沉积室1；沉积室1内安装有升降基座2和检测机构3。升降基座2位于沉积室1内部，固定在沉积室1的底部，升降基座2能够沿垂直方向在沉积室1内上下移动。检测机构3可以固定在沉积室1的室壁上，也可以固定在沉积室1的底部。检测机构3的安装位置尽量满足，不影响升降基座2的升降操作。也可以将检测机构3和升降基座2设计为协调工作的方式，例如，在升降基座2进行升降操作时，检测机构3向沉积室1室壁的方向靠拢，以避开升降基座2的移动位置，待升降基座2移动预定位置时，检测机构3再恢复到原来位置。

本方案中，可以利用检测机构3对沉积室1内部空间距离进行测量。所述沉积室1内具有沉积工作区101，所述沉积工作区为所述升降基座2和靶材4之间的对晶圆5进行沉积的空间。在一种实施例中，沉积室1可以设计为的上半区的室壁厚度大于下半区的室壁厚度，在需要利用检测机构3进行检测时，可以先将升降基座2下降至预定位置，使升降基座2与沉积室1中的上室壁之间具有一定的空隙，保证检测机构3能够顺利通过，在检测机构3运动时，保证升降基座2和检测机构3不发生干涉。检测机构3通过空隙进入升降基座2和沉积工作区101之间，通过调整检测机构3的位置，使检测机构3进入沉积工作区101内，从而能够利用检测机构3对位于沉积工作区101顶部的靶材4进行检测。在另一种实施例中，如图3所示，检测机构3通过空隙进入升降基座2和沉积工作区101之间，通过调整检测机构3的位置，使检测机构3位于升降基座2上预置的晶圆5的上方，从而能够利用检测机构3对晶圆5进行检测。

本方案中，为了更好的定义沉积工作区101，防止在沉积过程中出现外界因素的影响，如图2所示，可以进一步在沉积室1的上部设置一个独立的沉积腔，沉积腔内部的空间作为沉积工作区101，从而保证沉积工作进行时，晶圆5和靶材4之间具有更好的独立工作空间。在一种实施例中，沉积腔采用金属圆筒结构，靶材4固定在金属圆筒结构的顶部；在准备进行沉积工作之前，利用升降基座2将设置在其上的晶圆5升至金属圆筒结构的底部，升降基座2与金属圆筒结构的底部边缘结合，晶圆5完全置于金属圆筒结构的内部，从而使靶材4和晶圆5在金属圆筒内部形成独立的沉积工作区101。

本方案中，靶材4可以在进行沉积工作前装配在沉积工作区101的顶端。因此，可以在沉积工作区101的上方设置卡固件、卡槽等固定机构，通过固定机构将靶材4固定在沉积工作区101的顶部。本方案中，可以将靶材4整体全部置于沉积工作区101内，也可以仅将靶材4的有效工作区置于沉积工作区101内，具体的设置方式，可以根据沉积室1内的空间，或，沉积工艺的要求来进行调整。

本方案中，升降基座2主要适用于承载晶圆5，因此，升降基座2需要设置一个能够保证晶圆5水平放置的承载平台201，并在承载底部固定一个升降机构202，从而在升降机构202的驱动下，带动置于承载平台201上的晶圆5上下移动。在一种实施例中，升降机构202可以采用液压升降机构202，从而保证升降平稳性和准确性。也可以采用驱动电机配合升降杆，利用涡轮蜗杆配合升降等方式是来实现升降基座2的升降操作。此处对于类似的升降结构不再赘述。

本方案中，检测机构3作为沉积装置中核心的设计，其主要包括两个部分：传动机构301和监测仪。检测仪302固定在传动机构301的一端，检测仪302通过传动机构301的带动，穿过升降基座2和沉积工作区101之间的间隙，移动至靶材4的下方；或者，移动至升降基座2上预置的晶圆5上方，进而对靶材4或晶圆5进行检测。本方案中，为了对沉积室1内部空间距离进行测量，可以将激光测距仪作为检测仪302，从而对沉积是内部空间及其空间内其他器件的距离信息进行检测。

本方案中，传动机构301可以包括：动力源和传动结构；传动结构的一侧与动力源固定，其另一侧设置检测仪302。利用动力源提供驱动力，传动结构在驱动力的作用下，进行组合运动，从而带动检测仪302穿过间隙，在靶材4下方或晶圆5上方往复移动进行相应指标数据的检测。动力源可以为液压、气压、电机等等提供驱动力的设备。传动机构301可以采用例如多自由度传动连杆、仿生传动悬臂或传动转盘等结构。在一种实施例中，传动机构301可以采用机械臂，将检测仪302设置在机械臂的一端，通过机械臂的运动，调整检测仪302的位置。在一种实施例中，检测机构3采用激光测距仪进行检测，在检测时，通常测定的是激光检测仪垂直于待检测目标的距离，因此，为了方便检测，传动机构301可以带动激光检测仪沿平行于待检测目标(例如靶材、晶圆)的方向横向移动。

本方案中，为了进一步能够实现检测自动化实施，可以为检测机构3配置一个控制单元，通过控制单元基于实时控制指令或预定的检测计划，控制所述检测机构3对靶材4和/或晶圆5进行检测。具体来说，控制单元可以是单片机、工控机或智能芯片等，通过预先烧写检测程序，或与外部控制中心进行控制通讯，来完成对靶材4和/或晶圆5相应的靶材4基片间距(target-to-substrate spacing)，加热器调平(heater leveling)，升降销调平(liftpin leveling)等等指标的检测，从而对靶材4表面的erosion profile(刻蚀剖面)及剩余厚度进行快速识别和确定。在一种实施例中，加热器可以内置与基座中，此时，对于加热器的调平，就可以通过测量基座的位置来间接调整加热器的位置。传统检测方式是通过放置一片测试片在基座上，量测测试片上不同区域到某一水平位置的距离，从而获得调整的数据，再调整基座；采用本方案所述的检测机构进行检测，可以不用开腔，快速的进行识别和确定，进而对实现对加热器进行调平。传统方法对于升降销调平的方式与加热器的测试方法，也是放置测试片到基座上，然后将升降销顶起，量测测试片上不同区域到某一水平位置的距离，使之相等。采用本方案所述的检测机构进行检测，可以不用开腔，快速的进行识别和确定，进而实现对升降销进行调平。

本方案中，沉积装置还可以包括：直流电源、磁铁、射频电源等结构，以满足气相沉积PVD工艺的正常实施。在对本方案核心改进方案完整介绍的基础上，本方案所述沉积装置依然通常PVD设备中满足PVD工艺的基础器件，此处不再赘述。

相应的，本方案还提供了一种基于上述沉积装置的检测方法。通过该方法可以减少故障排查时间，提高排查的准确性和及时性。如图4为本方案所述检测方法的一种实施例。具体地，所述方法的步骤包括：

步骤S1、基于第一控制指令，将升降基座2下降至预定位置，使升降基座2与沉积室1的沉积工作区101具有预定空隙；

步骤S2、基于第二控制指令，将检测机构3由所述预定空隙伸入沉积室1的沉积工作区101内，按照实时控制指令或预定的检测计划，对靶材4进行检测；或，将检测机构3由所述预定空隙伸上升降基座2上方，对晶圆5进行检测。

该方案是在进行气相沉积工作后，需要对靶材4的各项数据进行检测，此时，无需开盖进行PM分析。直接向控制器等结构发出第一控制指令，控制器通过第一控制指令，控制升降基座2下降至预定位置，使升降基座2与沉积室1的沉积工作区101具有一定空隙，该空隙能够保证检测机构3顺利通过，其不影响检测仪302在沉积工作区101和升降基座2之间移动。随后，向控制器发出第二控制指令，将检测机构3由所述空隙伸入升降基座2和沉积工作区101之间的区域；然后，按照实时控制指令或预定的检测计划，对靶材4或晶圆5进行检测，通过得到的实际靶材4基片间距(target-to-substrate spacing)，加热器调平(heaterleveling)，升降销调平(lift pin leveling)，来确定靶材4表面的erosion profile(刻蚀剖面)及剩余厚度。

本方案中，对于升降基座2和检测机构3的控制，可以采用多种方式，不仅限于上述控制器的实例。此外，本方案对于升降基座2和检测机构3的控制也可以与沉积装置中其他器件的控制相配合，在一个控制中心或控制设备中完成。

综上所述，本方案能够在不开腔的情况下进行，加热器调平和升降销调平的测量，能够及时将晶圆在PVD沉积室内的放置情况反馈给工程师，大幅度减少故障排除的时间；

本方案能够在调节靶材基片间距时，实时获得准确的数据，便于记录、分析靶材整个使用周期内靶材基片间距对薄膜(film)的厚度均匀性等性质的影响，以维持工艺稳定；

本方案能够直接获取腔内靶材的表面形貌信息，通过与原始靶材形貌与厚度的对比，获取靶材的剩余厚度，免去送切测试造成的人力物力消耗。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种沉积装置，其特征在于，包括：位于沉积室(1)内侧的升降基座(2)和可活动设置的检测机构(3)；

所述检测机构(3)在沉积装置进行沉积室(1)检测时，伸入所述升降基座(2)和预置于沉积室(1)顶部的靶材(4)之间对靶材(4)和/或预置于所述升降基座(2)上的晶圆(5)进行检测，并在完成检测之后，离开所述升降基座(2)和靶材(4)之间的区域。

2.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述沉积室(1)内具有沉积工作区(101)；所述沉积工作区(101)为所述升降基座(2)和靶材(4)之间的对晶圆(5)进行沉积的空间。

3.根根据权利要求2所述的沉积装置，其特征在于，所述沉积室(1)内具有沉积腔；在所述升降基座(2)从所述沉积腔底部盖合所述沉积腔之前，所述沉积腔和升降基座(2)之间具有空隙，所述检测机构(3)能够从所述空隙伸入升降基座(2)和靶材(4)之间。

4.根根据权利要求2所述的沉积装置，其特征在于，包括：位于沉积室(1)的沉积工作区(101)上方的固定机构，所述靶材(4)通过固定机构固定在沉积室(1)内，且至少一部分位于沉积室(1)的沉积工作区(101)内。

5.根据权利要求2所述的沉积装置，其特征在于，包括：所述沉积室(1)的上部设有沉积腔，所述沉积腔内的空间作为所述沉积工作区(101)；

在沉积装置进行沉积工作时，所述靶材(4)位于沉积腔顶部；所述升降基座(2)将预置在其上的晶圆(5)升至沉积腔底部，使所述晶圆(5)位于所述沉积腔内。

6.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，所述升降基座(2)包括：用于承载晶圆(5)的承载平台(201)和固定在承载平台(201)下方的升降机构(202)。

7.根据权利要求3所述的沉积装置，其特征在于，所述检测机构(3)包括：传动机构(301)和固定在传动机构(301)前端的检测仪(302)；

所述检测仪(302)通过传动机构(301)，穿过所述空隙传送至靶材(4)下方，且能够在靶材(4)下方移动；或者，穿过所述空隙传送至升降基座(2)上预置的晶圆(5)上方。

8.根据权利要求7所述的沉积装置，其特征在于，所述传动机构(301)包括：动力源和传动结构；

所述传动结构的一侧与动力源固定；所述传动结构的另一侧设置检测仪(302)；

所述传动结构包括：传动连杆、传动悬臂、传动转盘中的一种或多种。

9.根据权利要求7所述的沉积装置，其特征在于，所述传动机构(301)采用机械臂；所述检测仪(302)设置在机械臂的一端。

10.根据权利要求1所述的沉积装置，其特征在于，包括控制单元，基于实时控制指令或预定的检测计划，控制所述检测机构(3)对靶材(4)和/或晶圆(5)进行检测。

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