專利名稱：特征在于錐形沉積室中密度優(yōu)化的hula襯底支架的剝離沉積系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及半導體處理和光學涂層。具體地，本發(fā)明涉及襯底上的物理氣相沉積。2.現(xiàn)有技術(shù)電子束蒸發(fā)通常用于在已知為鍍金屬的過程中向晶片涂覆薄金屬層。通常，在典型的硅晶片制造中，金屬層沉積之后進行蝕刻以形成集成電路的電路跡線。對于高頻率集成電路，砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)和二者之間的多種合金及類似的電光材料現(xiàn)在通常用作襯底。然而，一些金屬在其表面上形成表皮氧化物，這在本領(lǐng)域稱為“表皮效應(yīng)”。在使用高頻率功率的電路中，這是問題所在。這對于蜂窩裝置中使用的IC芯片尤為重要，因為表皮效應(yīng)增大功耗。金經(jīng)常用作集成電路導體，因為，作為鈍態(tài)金屬，金將不形成表皮氧化物。遺憾的是，金的使用引起其它問題。當用作襯底的材料為不同于硅的材料如先前提及的砷化鎵時， 這些問題出現(xiàn)。對于將金層直接沉積在GaAs襯底上，有兩個問題。首先，金將浸入襯底內(nèi)。 其次，金將不能足夠地直接附著到襯底上。因此，為防止金浸入襯底內(nèi)，鈀或鉬的擴散屏障將金與GaAs分開。另外，鈦或鉻的粘附層在襯底和擴散屏障之間沉積在GaAs襯底上以使金和擴散屏障粘附到襯底上。這些屏障和粘附層通常必須非常薄且非常均勻。與硅襯底上的金電路跡線不同，在典型的蝕刻過程中金電路跡線不能從GaAs襯底進行蝕刻，因為蝕刻劑將消除粘附層和擴散屏障，因而使電路跡線脫離襯底。這無疑是不合需要的結(jié)果。因此，如本領(lǐng)域眾所周知的，金電路跡線通常根據(jù)“剝離”工藝進行制造。為使用該工藝，將要沉積的金屬源必須實現(xiàn)相對于襯底表面盡可能接近90度的軌跡。這被稱為正交沉積，及因而產(chǎn)生的最佳涂層稱為“剝離”涂層或零階覆蓋。在剝離過程中通常使用的物理氣相沉積方法為電子束蒸發(fā)。在多個晶片必須由單一源精確涂覆的實踐應(yīng)用中，這需要復雜的、針對特定功率水平和材料具有特定設(shè)置的機器。這些復雜系統(tǒng)的例子已公開。美國專利申請2003/0180462 (2003, Chang等)公開了一種行星式剝離氣相沉積系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括安裝在具有平坦頂壁和平坦底壁的正方形或長方形真空室中的多個穹頂。 多個穹頂繞源中心線軸及繞另一第二旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)以確保均勻涂覆目標晶片及相較于單穹頂系統(tǒng)使用更大百分比的源蒸發(fā)的材料。該系統(tǒng)構(gòu)造成不使用均勻性掩模即可產(chǎn)生正交剝罔涂層οChang等的系統(tǒng)的優(yōu)點在于在行星式結(jié)構(gòu)中使用多個穹頂以實現(xiàn)對過程變化如蒸發(fā)物材料、功率水平、束位置等不太敏感的方法，同時不使用均勻性掩模。盡管Chang的裝置在收集效率方面相較單穹頂系統(tǒng)有一些改善，但Chang等的系統(tǒng)的缺點在于在不同于目標晶片的表面上仍有蒸發(fā)物材料的浪費。
美國專利3，858，547(1975, Bergfelt)公開了一種具有可調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的涂布機。該涂布機包括具有平坦頂壁和平坦底壁的圓柱形真空室。其中包括至少一涂層源。涂層源位于安排成12英寸圓圈的電阻加熱船中。多個轉(zhuǎn)軸組件安裝在該室中，每一轉(zhuǎn)軸組件具有可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸。襯底架由每一轉(zhuǎn)軸攜載并適于以下述方式攜載襯底其適于從涂層源接收涂層材料。提供使轉(zhuǎn)軸組件繞源旋轉(zhuǎn)及使轉(zhuǎn)軸在繞源旋轉(zhuǎn)的同時繞其自己的軸旋轉(zhuǎn)的裝置。另外，提供使能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸組件與繞源旋轉(zhuǎn)的中心的間距的裝置。此外，提供使能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸相對于涂層源的角度的裝置，從而調(diào)節(jié)蒸氣涂覆流相對于轉(zhuǎn)軸攜載的襯底的入射角。Bergfelt裝置的缺點在于轉(zhuǎn)軸組件必須根據(jù)涂層源船位于12英寸圓圈中的哪里進行調(diào)節(jié)。由于需要另外的設(shè)置時間，這降低了晶片數(shù)量的產(chǎn)量。盡管Bergfelt裝置相較單穹頂系統(tǒng)提供提高的效率，在轉(zhuǎn)軸組件的不同于目標晶片的表面上仍存在蒸發(fā)物材料的浪費。美國專利3，643，625(1972，Mahl)公開了一種具有支架和多個托架的薄膜沉積裝置。每一托架具有呈球體的一部分表面的構(gòu)造的表面。提供用于以下述方式將托架可旋轉(zhuǎn)地安裝在支架上的結(jié)構(gòu)托架的表面位于共同球體的表面上。提供驅(qū)動機構(gòu)以使支架在相對于托架居中定位的軸上旋轉(zhuǎn)及使托架相對于支架繞其自己的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。材料源看上去大約定位在球體表面上或更遠離托架。Mahl裝置的缺點在于將材料源定位在球體表面上或更遠離球體表面需要大得多的真空室。通過使用更大的真空沉積室，更大量的暴露表面區(qū)域可用于接收未沉積在預計接收薄膜涂層的表面上的蒸發(fā)源材料。此外，晶片不與蒸發(fā)物源正交，因而對于與“剝離”過程一起使用，其不能接受。因此，需要一種能夠進行剝離應(yīng)用所必需的正交沉積的電子束涂布機，其對過程變化如蒸發(fā)物材料、功率水平、束位置等不太敏感。還需要一種更有效率的電子束涂布機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的裝置和方法在短時間段內(nèi)在大量晶片上沉積均勻的“剝離”涂層。相較于現(xiàn)有的氣相沉積裝置和方法，本發(fā)明裝置和方法使用更大百分比的蒸發(fā)材料，當蒸發(fā)不同的材料時不需要改變?nèi)魏谓M件，及可靠和一致地沉積更均勻和精細的涂層。本發(fā)明在通過創(chuàng)新技術(shù)的獨特組合獲得的剝離處理中提供進步潛力，前述創(chuàng)新技術(shù)包括優(yōu)化常規(guī)單旋轉(zhuǎn)軸穹頂?shù)氖占室垣@得使用單均勻性掩模(對于單沉積材料) 或多個掩模(對于多層材料)可實現(xiàn)的最高運行效率，通過對先進的HULA (高均勻性剝離組件)襯底架應(yīng)用相同的組裝密度原理而使這些效率改善成倍增加，及用錐形室代替常規(guī)盒形沉積室。從盒形沉積室到錐形室的轉(zhuǎn)變預示巨大的泵浦優(yōu)勢，因為表面積和體積減小。 在錐形室中采用超有效率的穹頂或先進的HULA襯底架產(chǎn)生一套獨特的綜合技術(shù)創(chuàng)新。該套獨特的綜合技術(shù)創(chuàng)新表明錐形室將產(chǎn)生高達約50%的泵浦效率提高，及錐形室加先進的 HULA的使用提供近40%的產(chǎn)量提高。收集效率意為沉積在晶片上的蒸發(fā)材料的百分比。對于單旋轉(zhuǎn)軸襯底架或穹頂， 收集效率由過程需要的均勻性掩模、穹頂?shù)闹睆?、穹頂上的襯底的組裝密度、及蒸發(fā)物團的形狀和球形穹頂之間的匹配確定。蒸發(fā)材料呈直線從源朝向襯底架穹頂保持的晶片行進。然而，蒸發(fā)物矢量場或蒸
5氣團并不均勻。如果穹頂及其包含的晶片固定不動，則該團的變化將導致晶片上極不均勻的涂層分布。穹頂繞源中心線旋轉(zhuǎn)使出現(xiàn)在中心線周圍的環(huán)形通路中的變化平均，從而大大降低該團的不均勻性。然而，即使穹頂旋轉(zhuǎn)，仍保留可觀的源不均勻。涂層厚度在源中心線附近最大，及隨著晶片與源中心線的距離增加而減小。為減小沉積在最靠近源中心線處的涂層的厚度，在源和穹頂之間安裝其寬度隨著半徑增加逐漸變細的靜止均勻性掩模。隨著穹頂旋轉(zhuǎn)，相較遠離中心線的地方，均勻性掩模在中心線附近阻擋更大部分的蒸氣。獨特的均勻性掩模必須針對蒸發(fā)物材料及明顯影響蒸氣團形狀的其它蒸發(fā)條件進行定制調(diào)整。 當設(shè)計好的均勻性掩模增加到系統(tǒng)時，均勻性掩模使總涂層均勻性在可接受的限度內(nèi)。遺憾的是，該掩模在穹頂外排晶片的最遠邊緣處必然將平均涂層厚度限為無掩蔽沉積實現(xiàn)的最低水平。優(yōu)化掩模收集和穹頂收集之間的權(quán)衡對于總收集效率而言必不可少。優(yōu)化該權(quán)衡的關(guān)鍵在于確定掩模收集開始超越穹頂收集時的穹頂直徑。下面的方程式數(shù)學地表示該權(quán)衡。
權(quán)利要求
1.一種使用剝離工藝通過蒸發(fā)將材料沉積在襯底上的設(shè)備，所述設(shè)備包括錐形外殼，該錐形外殼具有圓頂、底部開口和從圓頂朝向底部開口收斂的側(cè)壁；蒸發(fā)源，該蒸發(fā)源鄰近所述底部開口定位并與延伸通過圓頂?shù)闹行狞c的第一軸對準；位于蒸發(fā)源上方并鄰近圓頂?shù)闹醒腭讽敔罴?，該中央穹頂狀件具有與第一軸對準的中心點，其中該中央穹頂狀件繞中心點旋轉(zhuǎn)；一個或多個軌道穹頂狀件，所述軌道穹頂狀件位于蒸發(fā)源上方并鄰近圓頂且處于距圓頂中心點恒定半徑處，其中一個或多個穹頂狀件繞第一軸旋轉(zhuǎn)，及其中每一軌道穹頂狀件同時繞延伸通過該軌道穹頂狀件的中心點的第二軸旋轉(zhuǎn)，一個或多個軌道穹頂狀件的直徑和凹面均與中央穹頂狀件相等；位于蒸發(fā)源和中央穹頂狀件之間的均勻性掩模，該均勻性掩模操作上保證僅與中央穹頂狀件一起使用；及一個或多個晶片接收位置，位于一個或多個軌道穹頂狀件和中央穹頂狀件中的每一個內(nèi)，用于在其中接收晶片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中一個或多個晶片接收位置與蒸發(fā)源正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括定位一個或多個軌道穹頂狀件和中央穹頂狀件并使其繞第一軸旋轉(zhuǎn)的支撐結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，其中所述支撐結(jié)構(gòu)定位一個或多個軌道穹頂狀件和中央穹頂狀件，其中由一個或多個軌道穹頂狀件和中央穹頂狀件形成的弧線與其中心在第一軸上且位于蒸發(fā)源處的球體的圓周一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的設(shè)備，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括使一個或多個軌道穹頂狀件繞其各自的第二軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中一個或多個軌道穹頂狀件等于六個軌道穹頂狀件。
7.一種使用剝離工藝的氣相沉積裝置，該裝置包括蒸發(fā)源；安裝成繞通過蒸發(fā)源的第一軸旋轉(zhuǎn)的空間框架；安裝到所述空間框架上的中央穹頂狀晶片支架，其中中央穹頂狀晶片支架的中心點與所述第一軸對準；安裝到所述空間框架上的軌道穹頂狀晶片支架，軌道穹頂狀晶片支架處于偏離第一軸的位置并可繞通過該軌道穹頂狀晶片支架的中心點和蒸發(fā)源的第二軸旋轉(zhuǎn)；及中央穹頂狀晶片支架和軌道穹頂狀晶片支架上的多個晶片位置，其中每一晶片位置均偏離第一軸和第二軸，多個晶片位置中的每一個構(gòu)造成將安裝于其中的晶片的襯底表面定向成在繞第一軸和第二軸旋轉(zhuǎn)期間與從晶片位置延伸到蒸發(fā)源的徑向軸正交。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，還包括具有圓頂、底部開口和從圓頂朝向底部開口收斂的側(cè)壁的錐形外殼，該錐形外殼包圍鄰近底部開口的蒸發(fā)源和鄰近圓頂?shù)目臻g框架、中央穹頂狀晶片支架及軌道穹頂狀晶片支架。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中所述空間框架包括使中央穹頂狀晶片支架和軌道穹頂狀晶片支架繞第一軸及使軌道穹頂狀晶片支架繞第二軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中所述中央穹頂狀晶片支架和軌道穹頂狀晶片支架關(guān)于蒸發(fā)源具有恒定的半徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中多個晶片位置中的每一個為晶片接收開口。
12.一種使用剝離工藝的氣相沉積裝置，包括蒸發(fā)源；用于定位一個或多個晶片的中央裝置，其中一個或多個晶片中的每一個的中心與蒸發(fā)源等距，用于定位的裝置使一個或多個晶片繞通過蒸發(fā)源的第一軸旋轉(zhuǎn)；用于定位一個或多個晶片且偏離所述中央裝置的軌道裝置，其中用于定位的軌道裝置的一個或多個晶片中的每一個的中心與蒸發(fā)源等距，用于定位的軌道裝置使一個或多個晶片繞通過蒸發(fā)源的第二軸旋轉(zhuǎn)；及用于使所述中央裝置和所述軌道裝置繞第一軸旋轉(zhuǎn)及使所述軌道裝置繞第二軸旋轉(zhuǎn)的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中用于定位的中央裝置、用于定位的軌道裝置和用于旋轉(zhuǎn)的裝置使一個或多個晶片同時繞第一軸和第二軸旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，還包括具有圓頂、底部開口和從圓頂朝向底部開口收斂的側(cè)壁的錐形外殼，該錐形外殼包圍鄰近底部開口的蒸發(fā)源和鄰近圓頂?shù)挠糜诙ㄎ坏闹醒胙b置、用于定位的軌道裝置及用于旋轉(zhuǎn)的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述軌道裝置包括六個軌道穹頂狀件。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其中所述中央裝置包括一個中央穹頂狀件。
17.在晶片上有效率地產(chǎn)生剝離涂層的方法，該方法包括蒸發(fā)來自一源的材料；使與所述源隔開的中央穹頂狀件繞通過中央穹頂狀件的中心和所述源的第一軸旋轉(zhuǎn)， 所述中央穹頂狀件具有安裝于其上并偏離第一軸的晶片并具有與所述源正交的表面；及使偏離中央穹頂狀件的軌道穹頂狀件繞第一軸旋轉(zhuǎn)及使軌道穹頂狀件繞通過該軌道穹頂狀件的中心和所述源的第二軸旋轉(zhuǎn)，所述軌道穹頂狀件具有安裝于其上并偏離第二軸的晶片并具有與所述源正交的表面，其中所述中央穹頂狀件和所述軌道穹頂狀件與球心在第一軸上并位于所述源處的球體的圓周一致。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中使中央穹頂狀件和軌道穹頂狀件繞第一軸旋轉(zhuǎn)及使軌道穹頂狀件繞第二軸旋轉(zhuǎn)同時發(fā)生。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括執(zhí)行步驟蒸發(fā)材料，在具有圓頂、底部開口和從圓頂朝向底部開口收斂的側(cè)壁的錐形外殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)中央穹頂狀件和旋轉(zhuǎn)軌道穹頂狀件，其中材料的蒸發(fā)鄰近底部開口進行，中央穹頂狀件和軌道穹頂狀件的旋轉(zhuǎn)鄰近圓頂進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用剝離工藝的氣相沉積裝置，該裝置包括蒸發(fā)源；安裝成繞通過蒸發(fā)源的第一軸旋轉(zhuǎn)的空間框架；安裝到所述空間框架上的中央穹頂狀晶片支架，其中中央穹頂狀晶片支架的中心點與所述第一軸對準；安裝到所述空間框架上的軌道穹頂狀晶片支架，軌道穹頂狀晶片支架處于偏離第一軸的位置并可繞通過該軌道穹頂狀晶片支架的中心點和蒸發(fā)源的第二軸旋轉(zhuǎn)；及中央穹頂狀晶片支架和軌道穹頂狀晶片支架上的多個晶片位置，其中每一晶片位置均偏離第一軸和第二軸，多個晶片位置中的每一個構(gòu)造成將安裝于其中的晶片的襯底表面定向成在繞第一軸和第二軸旋轉(zhuǎn)期間與從晶片位置延伸到蒸發(fā)源的徑向軸正交。
文檔編號C23C14/00GK102405302SQ201080016830
公開日2012年4月4日 申請日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者G·華萊士, P·常 申請人:磁性流體技術(shù)(美國)公司