專利名稱：基座軸的真空泵吸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體制造和沉積室的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及在沉積工藝過程中提高基座的平面度的方法。
背景技術(shù)：
通過各種沉積工藝可以實(shí)現(xiàn)在例如半導(dǎo)體晶片或玻璃板的襯底上制造作為絕緣體、導(dǎo)體、電介質(zhì)或其它層的薄膜。這些工藝中常見的是化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝和物理氣相沉積(PVD或?yàn)R射)工藝，這兩者都包括更多的具體的沉積方法。將這樣的工藝應(yīng)用于襯底要求在沉積室中以這樣的方式處理襯底，使得所得到的沉積薄膜具有其預(yù)定用途所需的諸如尤其是保形性(conformality)、在整個(gè)襯底上的沉積速率的均一性、厚度均一性和膜的光滑度之類的最佳性能。
為了使用這樣的沉積技術(shù)來處理襯底，可以提供具有基座的真空室，該基座被設(shè)置來安放襯底?；窃诶鏑VD的制造步驟中支持處理室中的襯底的機(jī)械部件。例如，CVD裝置包括位于沉積室之中的基座?；闹伟逯沃T如玻璃板或半導(dǎo)體晶片的襯底，其中，材料膜通過至少一種前驅(qū)體氣體的熱分解被沉積到該襯底之上。
在沉積工藝過程中，降低壓力以減小沉積室中的總壓力。這導(dǎo)致了作用在基座的底表面上的向上推的力，因?yàn)橥ǔ楣軤罱Y(jié)構(gòu)的基座軸處于大氣壓的狀態(tài)。這種壓差可以引起基座表面變形或“彎曲”。由于基座的尺寸必須伴隨著襯底尺寸的增加而增加，因此這樣的變形被放大了。這導(dǎo)致薄膜在被支持在基座表面上的襯底之上的不規(guī)則沉積。
此外，通常用于制造基座的材料為諸如氮化鋁之類的鋁基材料。雖然耐處理氣體和污染，但是由這些材料制造的基座往往在約300℃或更高的溫度下失去剛度。因此，襯底支撐表面保持為平面的可能性更小，特別是結(jié)合了作用在支撐表面的底側(cè)上的壓差施加力的情況下。
在圖1中描繪了在約300℃的溫度下，在由處理室200提供的減壓環(huán)境中的鋁基襯底235的變形。隨著室200的內(nèi)部環(huán)境中的壓力通過真空泵吸220被抽吸到大氣壓以下，并隨著溫度達(dá)到約300℃或以上，在支撐板210的頂部和底側(cè)上的不相等的壓力作用于鋁基支撐板210的減小的剛度，并由此產(chǎn)生變形。
中空的并被暴露至約760Torr的大氣壓的基座軸也因此使支撐板210的中心部分的底表面暴露于大氣壓下。這可以導(dǎo)致在基座板210的上表面或支撐表面216的中心部分中的彎曲212，因?yàn)樯媳砻姹槐┞队跍p壓環(huán)境中。同時(shí)，由于基座材料的剛度的減小，基座板216的外圍的邊緣可能下垂214，且當(dāng)存在彎曲時(shí)，可以加劇這種下垂?？偟膩碚f，結(jié)果為非平面的基座表面216。
在沉積工藝中，將要沉積到襯底上的處理材料必須以某種形式從輸入件穿過沉積室到達(dá)襯底的表面。此距離，不管是在CVD應(yīng)用中的從氣體分配板到襯底的輸入距離，或在PVD應(yīng)用中的從可濺射靶標(biāo)到襯底的距離，可能影響膜在襯底上的沉積速率。如果如上所述襯底被支撐在變形了的基座板上，則襯底表面的外圍離處理材料的輸入件之間的距離比襯底表面的中心與輸入件之間的距離更大。因此，在襯底表面的中心的沉積速率大于在襯底表面的外圍的沉積速率。所得到的非均勻沉積的膜可能具有缺陷，或不能如預(yù)期的那樣使用。
通常，在越高的溫度下，可以進(jìn)行范圍越廣的沉積工藝。在高于約300℃的溫度下，可以沉積更多種類的層。提供在大于約300℃的溫度下和減壓的環(huán)境中保持平面襯底支撐表面的鋁基基座系統(tǒng)是有利的。
因此，現(xiàn)有技術(shù)缺乏在沉積工藝過程中提高基座的平面度的有效手段。特別是，現(xiàn)有技術(shù)缺乏對(duì)基座軸進(jìn)行真空泵吸以提高基座表面的平面度的有效手段。本發(fā)明滿足了在本領(lǐng)域中長(zhǎng)期存在的需求和愿望。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中提供了一種提高在將材料膜沉積到襯底上的過程中所使用的基座的支撐板的平面度的方法，包括下列步驟將軸的中空芯中的壓力減小到低于大氣壓的水平；以及將沉積室中的壓力減小到將材料膜沉積到所述襯底上所要求的水平，其中在所述軸的中空芯中的壓力作用于所述支撐板的下表面上，所述下表面被連接到所述軸且與所述軸的中空芯相對(duì)接，所述沉積室中的壓力作用于所述支撐板的適于支撐所述襯底的上表面上，由此來提高平面度。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了一種提高在將材料膜沉積到襯底的過程中所使用的基座的支撐板的平面度的方法，包括下列步驟將沉積室中的壓力減小到約0.5Torr至約200Torr；利用軸真空連接器殼體使軸的中空芯與大氣壓隔離密封，其中所述軸真空連接器殼體包括適于連接到負(fù)壓源的配合件；通過所述配合件將所述負(fù)壓源施加到所述軸的中空芯；以及通過所述配合件將所述軸的中空芯中的壓力減小到從約0.5Torr至約200Torr，其中，在 所述軸的中空芯中的壓力作用于所述支撐板的下表面上，所述下表面被連接到所述軸并且與所述軸的中空芯相對(duì)接，所述沉積室中的壓力作用于所述支撐板的用于支撐所述襯底的上表面上，由此來提高平面度。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了一種在用于將材料膜沉積到襯底上的沉積室中使用的基座，所述基座包含安裝在具有中空芯的軸上的支撐板，所述支撐板具有適于支撐襯底的上表面和被連接到所述軸并和所述中空芯相對(duì)接的下表面，其中所述中空芯與大氣壓隔離密封；以及輸入件，用于向所述中空芯內(nèi)部施加作用于所述襯底支撐板的下表面的負(fù)壓。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了一種在用于將材料膜沉積到襯底上的沉積室中使用的基座，所述基座包含安裝在具有中空芯的軸上的支撐板，所述支撐板具有適于支撐襯底的上表面和被連接到所述軸并和所述中空芯對(duì)接的下表面；軸真空連接器殼體，所述軸真空連接器殼體使所述中空芯與大氣壓隔離密封；以及位于所述軸真空連接器殼體上的輸入件，所述輸入件用于向所述中空芯內(nèi)部施加作用于所述襯底支撐板的下表面的負(fù)壓。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了一種將材料膜沉積到襯底上的方法，包括下列步驟在沉積室中，將所述襯底固定到在此所公開的基座的支撐板的上表面；將所述沉積室中的壓力減小到沉積壓力；將所述基座的軸的中空芯內(nèi)部的壓力減小到低于大氣壓，其中在所述軸的中空芯中的所述壓力施加到所述基座的支撐板的下表面；使至少一種前驅(qū)體氣體流入所述沉積室之中；以及將膜沉積到所述襯底上，其中所述膜至少部分地由所述至少一種前驅(qū)體氣體產(chǎn)生。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了一種將材料膜沉積到襯底上的方法，包括下列步驟在沉積室中，將襯底固定到在此所公開的基座的支撐板的上表面；使所述沉積室內(nèi)部的溫度為至少300℃；將所述沉積室中的壓力減小到約0.5Torr至約6Torr；將基座的軸的中空芯內(nèi)部的壓力減小到從約0.5Torr到約200Torr，其中所述軸的中空芯中的壓力被施加到所述基座的支撐板的下表面；使至少一種前驅(qū)體氣體流入所述沉積室之中；將膜沉積到所述襯底上，其中所述膜至少部分地由所述至少一種前驅(qū)體氣體產(chǎn)生；監(jiān)測(cè)所述沉積壓力和所述軸的中空芯內(nèi)部的壓力；以及在將所述膜沉積到所述襯底上的過程中，如果所述軸的中空芯內(nèi)部的壓力超出了相對(duì)于所述沉積室的壓力的預(yù)定值范圍，則調(diào)節(jié)所述軸的中空芯內(nèi)部的壓力。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了一種將膜沉積到襯底上的方法，包括下列步驟在沉積室中，將襯底固定到在此所公開的基座的支撐板的上表面；使所述沉積室內(nèi)部的溫度為至少300℃；將所述沉積室中的壓力減小到約0.5Torr至約6Torr將基座的軸的中空芯內(nèi)部的壓力減小到從約0.5Torr到約200Torr，其中所述軸的中空芯中的壓力被施加到所述基座的支撐板的下表面；使至少一種前驅(qū)體氣體流入所述沉積室之中；將膜沉積到所述襯底上，其中所述膜至少部分地由所述至少一種前驅(qū)體氣體產(chǎn)生；監(jiān)測(cè)其上將要沉積所述膜的所述襯底的表面的平面度；以及在將所述膜沉積到所述襯底上的過程中，如果所述襯底的表面相對(duì)于理想平面的變形大于預(yù)定的容許量，則調(diào)節(jié)所述的軸的中空芯內(nèi)部的壓力，由此使得所述基座和襯底回到容許的平面度限度內(nèi)。
通過下面的為了公開的目的所給出的本發(fā)明的實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其它和還有的方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚。


參考在附圖中示出的一些實(shí)施例，可以得到對(duì)于在上面簡(jiǎn)短概述的本發(fā)明的更加具體的說明，由此獲得并可以詳細(xì)地理解所述內(nèi)容，并且本發(fā)明的上述特征、優(yōu)點(diǎn)和目的，以及其它問題將變得清楚。這些附圖形成說明書的一部分。但是請(qǐng)注意，附示了本發(fā)明的實(shí)施例，并因此不認(rèn)為其限制本發(fā)明的范圍。
圖1是描繪了在減壓和約300℃的溫度的條件下基座的變形的處理室的示意圖。
圖2描繪了置于沉積室之中的基座和基座軸的各種橫截面示意圖。圖2A示出了如何在基座軸中施加負(fù)壓并示出了用于監(jiān)測(cè)和控制沉積室壓力和軸中的壓力的反饋控制系統(tǒng)。圖2B示出了用于軸中的壓力的另一獨(dú)立的監(jiān)測(cè)和控制配置。圖2C示出了用于監(jiān)測(cè)和控制沉積室壓力和軸中的壓力的反饋控制系統(tǒng)。此外，示出了用于各種監(jiān)測(cè)基座支撐板/襯底表面的物理變形的方法的可選傳感器。
圖3比較了在固定到不帶真空泵吸的軸的整個(gè)基座支撐板上的表面平坦度的變化(圖3A)和在固定到帶有真空泵吸的軸的整個(gè)基座支撐板上的表面平坦度(圖3B)的變化。使用4300LTP 620×750基座進(jìn)行測(cè)試。
圖4比較了在固定到不帶真空泵吸的軸上的基座支撐板的整個(gè)表面上的沉積速率(圖4A)和在固定到帶有真空泵吸的軸上的基座支撐板的整個(gè)表面上的沉積速率(圖4B)。溫度為450/460℃；壓力為320mTorr；間隔為920mil。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中提供了提高在將材料膜沉積到襯底上的過程中所使用的基座的支撐板的平面度的方法，包括下列步驟將軸的中空芯中的壓力減小到低于大氣壓的水平；以及將沉積室中的壓力減小到在襯底之上沉積材料膜所要求的水平，其中，軸的中空芯中的壓力作用于支撐板的下表面上，該支撐板的下表面被連接到軸上并和軸的中空芯相對(duì)接，并且沉積室中的壓力作用在用于支撐襯底的支撐板的上表面，由此提高平面度。
在本實(shí)施例的一個(gè)方面中，通過將軸的中空芯與大氣壓隔離密封，并且將負(fù)壓源施加到軸的中空芯由此降低中空芯中的壓力，來減小軸的中空芯中的壓力。代表性的示例是軸真空連接器殼體，該殼體被用來例如通過配合件與負(fù)壓源連接，因而通過該配合件來施加負(fù)壓。
在本實(shí)施例的另一個(gè)方面，支撐板的上表面可以包含多個(gè)開口，所述多個(gè)開口穿過上表面，并用于通過對(duì)其施加真空來將襯底固定到上表面上。開口與在軸的中空芯中穿行的真空管線順暢連接，并產(chǎn)生與在軸的中空芯中所產(chǎn)生的壓力無關(guān)的負(fù)壓。
在本實(shí)施例中，沉積溫度為至少300℃，而代表性的示例為約400℃至約450℃。沉積室壓力從約0.5Torr至約6Torr。使軸中的壓力達(dá)到低于約200Torr的水平，代表性的示例為從約0.5Torr到約200Torr。此外，可以使軸壓力達(dá)到等于沉積室中的壓力水平。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了提高在將材料膜沉積到襯底上的過程中所使用的基座的支撐板的平面度的方法，包括下列步驟將沉積室中的壓力減小到約0.5Torr至約200Torr；利用軸真空連接器殼體將軸的中空芯與大氣壓隔離密封，其中，軸真空連接器殼體包含用于連接到負(fù)壓源的配合件；將負(fù)壓源通過配合件施加到軸的中空芯；以及通過配合件將軸的中空芯中的壓力減小到約0.5至約200Torr，其中軸的中空芯中的壓力作用于支撐板的下表面上，該支撐板的下表面被連接到軸上并和軸的中空芯相對(duì)接，并且沉積室中的壓力作用在用于支撐襯底的支撐板的上表面，由此提高平面度。
在本實(shí)施例的一個(gè)方面，支撐板的上表面可以包含多個(gè)開口且真空管線被順暢連接到所述開口。如上所述，軸壓力可以等于沉積室中的壓力。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了在用于將材料膜沉積到襯底上的沉積室中所使用的基座，該基座包括安裝在具有中空芯的軸上的支撐板，該支撐板具有用于支撐襯底的上表面和連接到軸并和中空芯對(duì)接的下表面，其中中空芯與大氣壓隔離密封；以及輸入件，用于向中空芯內(nèi)部施加作用于襯底支撐板的下表面的負(fù)壓。
在本實(shí)施例的一個(gè)方面，基座具有如上所述的軸真空連接器殼體。此外，如上所述基座可以包含在支撐板的上表面上的多個(gè)開口和順暢連接到所述開口的真空管線。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了在用于將材料膜沉積到襯底上的沉積室中所使用的基座，該基座包括安裝在具有中空芯的軸上的支撐板，該支撐板具有用于支撐襯底的上表面和連接到軸并和中空芯對(duì)接的下表面；軸真空連接器殼體，該軸真空連接器殼體將中空芯與大氣壓隔離密封；以及位于軸真空連接器殼體上的輸入件，輸入件向中空芯內(nèi)部施加作用于襯底支撐板的下表面的負(fù)壓。如上所述，基座可以包含在支撐板的上表面上的多個(gè)開口和順暢連接到所述開口的真空管線。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了將材料膜沉積到襯底之上的方法，包括下列步驟在沉積室中，將襯底固定到在此所公開的基座的支撐板的上表面上；將沉積室中的壓力減小到沉積壓力；將基座的軸的中空芯內(nèi)部的壓力減小到大氣壓以下，其中在軸的中空芯中的壓力被施加到基座的支撐板的下表面上；使至少一種前驅(qū)體氣體流入沉積室之中；以及將膜沉積到襯底上，其中膜至少部分地由所述至少一種前驅(qū)體氣體生成。溫度和壓力可以為上面所描述的條件。
在本實(shí)施例的一個(gè)方面，監(jiān)測(cè)沉積壓力和軸的中空芯內(nèi)部的壓力，并且如果軸的中空芯內(nèi)部的壓力超出了相對(duì)于沉積室中的壓力的預(yù)定值范圍，則調(diào)節(jié)軸的中空芯內(nèi)部的壓力。
在本實(shí)施例的另一個(gè)方面，監(jiān)測(cè)在其上將要沉積膜的襯底的表面的平面度，并且如果襯底的表面相對(duì)于理想平面的變形大于預(yù)定的容許量，則調(diào)節(jié)軸的中空芯內(nèi)部的壓力，使得基座和襯底回到容許的平面度限度內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了將膜沉積到襯底之上的方法，包括下列步驟在沉積室中，將襯底固定到在此所公開的基座的支撐板的上表面上；使沉積室內(nèi)部的溫度達(dá)到至少300℃；將沉積室中的壓力減小到約0.5Torr至約6Torr；將基座的軸的中空芯內(nèi)部的壓力減小到從約0.5Torr到約200Torr，其中在軸的中空芯中的壓力被施加到基座的支撐板的下表面上；使至少一種前驅(qū)體氣體流入沉積室之中；將膜沉積到襯底上，其中膜至少部分地由所述至少一種前驅(qū)體氣體生成；監(jiān)測(cè)沉積壓力和軸的中空芯內(nèi)部的壓力；以及在將材料膜沉積到襯底上的過程中，當(dāng)軸的中空芯內(nèi)部的壓力值超出了相對(duì)于沉積室中的壓力的預(yù)定值范圍時(shí)，調(diào)節(jié)軸的中空芯內(nèi)部的壓力。沉積室中的溫度可以是從約400℃到約450℃。軸中的壓力可以等于沉積室中的壓力。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中提供了將膜沉積到襯底之上的方法，包括下列步驟在沉積室中，將襯底固定到在此所公開的基座的支撐板的上表面上；使沉積室內(nèi)部的溫度達(dá)到至少300℃；將沉積室中的壓力減小到約0.5Torr至約6Torr；將基座的軸的中空芯內(nèi)部的壓力減小到從約0.5Torr到約200Torr，其中在軸的中空芯中的壓力被施加到基座的支撐板的下表面上；使至少一種前驅(qū)體氣體流入沉積室之中；將膜沉積到襯底上，其中膜至少部分地由所述至少一種前驅(qū)體氣體生成；監(jiān)測(cè)在其上將要沉積膜的襯底的表面的平面度；以及在將材料膜沉積到襯底的過程中，當(dāng)襯底的表面相對(duì)于理想平面的變形大于預(yù)定的容許量時(shí)，調(diào)節(jié)軸的中空芯內(nèi)部的壓力，由此使得基座和襯底回到容許的平面度限度內(nèi)。沉積室中的溫度可以是從約400℃到約450℃。軸中的壓力可以等于沉積室中的壓力。
在此所提供的是這樣一種方法，即通過提供可操作地連接到基座軸上的真空源以使基座軸中的壓力減小到大氣壓以下，來提高被固定到基座軸上的基座表面的平面度。隨著室壓力被減小到低于大氣壓，室壓力和基座軸中的壓力之間的差增大?；S中的壓力施加在基座表面上的力與室壓力和軸中的壓力之間的差是成比例的。隨著壓差增大，基座表面發(fā)生變形并變彎曲。
在沉積工藝中在小于約300℃的溫度下，在鋁或含鋁基座上的壓差效應(yīng)通常被局限于基座表面的中心。但是，在大于約300℃的更高的溫度下，基座的剛度減小，因此不僅壓差作用于基座表面的中心使其向上撓曲，而且基座表面的角和邊發(fā)生下垂。
真空管線向軸的內(nèi)部空間施加負(fù)壓，由此使作用于基座板的底側(cè)的壓力低于大氣壓?？梢院褪抑械恼婵諌毫Φ囊M(jìn)同時(shí)或依次地對(duì)軸引進(jìn)真空壓力。通過對(duì)沉積室和基座軸都抽真空，在基座兩側(cè)上的壓差減小，因此消除了作用在基座上的將導(dǎo)致表面變形的合力。因此，在甚至超過約300℃的溫度下也可以使基座的上表面保持為是基本平坦或平面的。使通常由非平面的基座表面所造成的在襯底上所沉積的膜的變形最小化。使用平面基座表面所沉積的膜具有更好的諸如膜厚度和沉積速率之類的均一特性。
在為諸如但不限于快速熱處理或氣相沉積工藝的應(yīng)用所設(shè)計(jì)的室中，薄膜可以被沉積到被固定到如在此所描述的基座上的襯底之上。這樣的氣相沉積工藝可以是化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)或物理氣相沉積或?yàn)R射(PVD)。所沉積的膜可以是，但不限于，非晶硅(a-Si)、氮化硅(SiN)、氧化硅或熱氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiON)，并且還可以使用諸如硅烷(SiH4)、TEOS、NH3、H2、N2、N2O、PH3、CO2等的前驅(qū)體。
在沉積工藝過程中，工藝溫度從約150℃到約450℃，通常為至少300℃，雖然很多工藝要求的溫度為約400℃到約450℃。對(duì)于最佳沉積，襯底的溫度可以在襯底支撐表面的溫度的約20℃的范圍內(nèi)。當(dāng)空閑時(shí)，室壓力為約100到約200Torr，隨后，在沉積開始之前被泵吸到約0.5Torr到約6Torr。同時(shí)，對(duì)基座軸進(jìn)行泵吸，除非在軸中已經(jīng)形成了靜態(tài)的處理壓力。
為了說明本發(fā)明的各種實(shí)施例的目的，給出了下面的示例，而不意味著以任何形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
示例1帶有真空泵吸的基座系統(tǒng)在圖2A中示出的包括有真空泵吸機(jī)構(gòu)的、被置于處理室133之中的基座系統(tǒng)包含基座135、馬達(dá)14、軸真空連接器殼體16和控制器170，其中基座135包括基座軸137和襯底支撐板20。支撐板20包括頂板40、底板42以及它們之間的加熱區(qū)(braised region)44，還可以通過焊接或其它等同的技術(shù)來接合頂部和底部。支撐板20可以包含被置于頂板40和底板42之間的一個(gè)或多個(gè)加熱元件24。
支撐板20通過焊接、銅焊和其它傳統(tǒng)的方法被固定到軸137上。軸137包括中空芯，并被構(gòu)造得與支撐板20的底板42相匹配。通過被可操作地連接到馬達(dá)14的軸137，可以垂直地和/或旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)基座135。軸真空殼體16被安裝在馬達(dá)14的下方，并提供了用于將諸如真空泵(沒有示出)之類的真空源的真空管線49可操作地連接到軸137的裝置。真空管線49可以被連接到與用于沉積室的真空排氣泵相分離的真空泵，或可以被連接到所述的真空排氣泵，以進(jìn)行單獨(dú)地控制。如果被連接到真空排氣泵，則可以使用連接到真空管線49、160上的獨(dú)立的節(jié)流閥162、164，來獨(dú)立地調(diào)節(jié)在室中和在基座軸中所施加的真空量。軸真空連接器殼體16可以包括鋁或鋁合金或任何其它本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員清楚的材料或合金。
可選地，可以使用真空吸盤來將襯底固定到支撐板20的上表面22上。在這種情況下，真空管線8被連接到諸如真空泵之類的真空源，該真空源與用于沉積室自身的真空排氣泵相分離。真空管線8從在支撐板20的上表面22中的多個(gè)均勻間隔的真空端口(沒有示出)出發(fā)，穿過軸137，到達(dá)真空源。啟動(dòng)真空源使得安裝在基座135上的襯底被均均地向下吸引到支撐板20的上表面22上，以在此處將其吸緊。如果使用真空吸盤來將襯底吸緊到支撐板的上表面22上，則用于軸的真空源也可以是用于至真空吸盤的真空管線8的同一真空源，因此，節(jié)流閥將控制這兩者。真空管線49被連接到外部真空泵158，該外部真空泵158通過真空管線160也被順暢連接到室133。壓力傳感器166、168監(jiān)測(cè)軸壓力和室壓力，并通過輸入線172、174將反饋提供給控制器170。
控制器170可以被編程來維持軸137中的靜態(tài)壓力，或者，也可以被編程來動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)軸137中的壓力，以便當(dāng)室133中的壓力變化時(shí)，保持與室133中的壓力的預(yù)先限定的關(guān)系。例如，在將襯底轉(zhuǎn)移到或轉(zhuǎn)移出室133的過程中，可以將室壓力維持在約100-200Torr。室中的空閑時(shí)壓力可以是大致相等的，約100-200Torr。但是，在處理的過程中，室中的壓力被泵吸下降到例如5-10Torr的更低的壓力。傳感 166、168向控制器170發(fā)信號(hào)來開啟節(jié)流閥162，因而與室壓力成比例地泵吸降低軸壓力；如果室不在處于空閑時(shí)壓力，則使軸壓力相應(yīng)地改變至更低的值，以便在基座支撐板20的兩側(cè)上維持壓力平衡。雖然可以將軸壓力泵吸降低到約5-10Torr之間，但是更高一些的壓力也是足夠的。在更高的溫度下，基座材料將保持一定程度的剛度，并因此可以經(jīng)受住一定的壓差而不發(fā)生變形。
此外，控制器170可以將軸壓力維持在預(yù)定的室壓力水平之中。例如，可以將軸壓力維持在室壓力的三倍，但不超出某個(gè)水平，例如200Torr，或者，也可以將軸壓力維持在超過室壓力的某個(gè)特定的壓力，例如室壓力以上200Torr。雖然軸壓力不限于這些值，就是說在處理過程中軸壓力可以被減小到等于室壓力的值，或任何在中間的值，但是所設(shè)計(jì)的是軸壓力不小于約200Torr。
監(jiān)測(cè)基座軸壓力的另一種方法在此考慮監(jiān)測(cè)軸壓力的另一種方法，該方法可以被用來將軸壓力維持在某個(gè)水平，以確?；砻?2的平面度。例如，壓力計(jì)180或其它壓力指示計(jì)從傳感器166接收輸入(圖2B)。這樣的系統(tǒng)允許由操作者進(jìn)行可視監(jiān)測(cè)，該操作者然后設(shè)置節(jié)流閥162，以將軸壓力維持在所期望的靜態(tài)壓力?；蛘?，將壓力計(jì)180連接到節(jié)流閥162，使得操作者可以將壓力計(jì)180設(shè)置到所期望的設(shè)置，并由此控制節(jié)流閥162。如上所述在基座系統(tǒng)中，可以將軸順暢連接到用于沉積室的真空源158，或也可以連接到獨(dú)立的源。
所進(jìn)一步考慮的是可以通過或不通過由壓力傳感器166、168進(jìn)行監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)地控制基座軸137中的壓力，以使基座表面保持為基本是平面的。以已知的距離，將光發(fā)射器182和接收器184放置在沉積室133中。來自發(fā)射器182的光照射在襯底表面或基座表面22上，并被反射至接收器184，由此測(cè)量發(fā)射器/接收器和表面之間的距離。至控制器170的輸入提供此距離的實(shí)時(shí)檢測(cè)，控制器170可以調(diào)節(jié)節(jié)流閥162以使基座表面/襯底表面保持為基本是平面的(圖2C)。
如果所監(jiān)測(cè)的表面的實(shí)時(shí)距離減小，則表明基座表面開始彎曲，于是控制器170開啟節(jié)流閥162來減小軸壓力以進(jìn)行補(bǔ)償。同樣地，如果距離增大，則增大軸壓力以防止基座/襯底表面發(fā)生下陷?？蛇x地，可以通過或不用通過至控制器170的有源輸入，利用壓力傳感器配置166、168來監(jiān)測(cè)在沉積室和軸中的壓力值。因此，它們可以是有源輸入件，或也可以是僅僅監(jiān)測(cè)并提供實(shí)際的軸壓力和室壓力的示值讀數(shù)的無源器件(圖2C)。
這樣的光學(xué)監(jiān)測(cè)的變化方案提供了位于室的一側(cè)上的發(fā)射器186，該發(fā)射器186向位于室的相對(duì)一側(cè)上的接收器188發(fā)射橫穿基座/襯底表面的光束。將光束設(shè)定在作為障礙物的基座/襯底的表面以上的特定距離，例如約0.2mm。倘若基座表面發(fā)生彎曲或變形，以及由此延伸襯底表面也發(fā)生彎曲或變形，則光束的光路被中斷，從接收器188至控制器170的信號(hào)也被中斷。控制器170調(diào)節(jié)所述的閥以減小軸壓力，直到基座/襯底的表面足夠平整，使得接收器188又可以從發(fā)射器186接收輸入信號(hào)為止。如上所述，可選地，可以有源地或無源地使用壓力傳感器166、168(圖2C)。
此外考慮的是可以在基座板20的底側(cè)上安裝一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變量規(guī)190，作為監(jiān)測(cè)基座板20的變形的裝置?？刂破?70監(jiān)測(cè)應(yīng)變量規(guī)190以探測(cè)基座板的彎曲或下陷。倘若變形超出可容許的預(yù)設(shè)限度，則控制器170相應(yīng)地調(diào)節(jié)節(jié)流閥162，以泵吸降低或升高基座軸137中的壓力。同樣，如上所述，可以可選地有源地或無源地使用壓力傳感器166、168(圖2C)。
示例2真空泵吸對(duì)表面平坦度的影響圖3將基座軸處在大氣壓的基座支撐板的表面的平面度或表面平坦度的變化與進(jìn)行了真空泵吸的基座軸的情況作了比較。當(dāng)最初被安裝時(shí)，基座非常的平坦，對(duì)平面是零偏差。隨著基座被加熱和冷卻，它開始失去其平面度。最后，隨著對(duì)其進(jìn)行熱循環(huán)，基座發(fā)生變形，并成為倒置的V形，如在圖3A中以均一性分布圖所示出的和在圖1中圖示說明的。這使基座必須被更換。
如果對(duì)軸進(jìn)行泵吸，則如圖3B所示，隨著時(shí)間的推移，基座的平面度保持得恒定得多，熱循環(huán)對(duì)支撐板表面的均一性的影響明顯小得多?；墓ぷ鲏勖谎娱L(zhǎng)，需要的更換更少。這也提供了更經(jīng)濟(jì)的工藝并提高了產(chǎn)量，因?yàn)橥C(jī)時(shí)間減少了。
示例3真空泵吸對(duì)沉積速率均一性的影響當(dāng)對(duì)基座軸進(jìn)行真空泵吸時(shí)，在整個(gè)基座表面上沉積速率的均勻性提高。圖4比較了對(duì)基座軸進(jìn)行泵吸對(duì)整個(gè)襯底上的沉積速率的影響，其中在兩個(gè)襯底上，從左上到右下，從左下到右上進(jìn)行測(cè)量。在450/460℃的溫度，320mTorr的壓力下以920mil的間隔，在兩個(gè)襯底上沉積材料膜。
在圖4A中，基座表面的變形使得在襯底的整個(gè)表面上沉積速率變化明顯。在發(fā)生彎曲的襯底的中心，沉積更快。處理氣體或所濺射的材料穿過室時(shí)不用行進(jìn)那么遠(yuǎn)的距離來沉積在襯底上，因此，在相同的時(shí)間內(nèi)，更多的膜被沉積在襯底上的彎曲區(qū)域，由此增大了在這些區(qū)域上的沉積速率，并使整個(gè)襯底上的沉積速率發(fā)生變化。
如果對(duì)基座軸進(jìn)行泵吸，則基座表面基本是平面的，以及由此延伸，襯底表面也基本是平面的。在整個(gè)襯底表面上，處理氣體或?yàn)R射材料穿過沉積室而必須行進(jìn)的距離相對(duì)相等，因此確保在相同的時(shí)間內(nèi)，相同量的材料到達(dá)襯底表面。整個(gè)襯底上的沉積速率因而更加均一(圖4B)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地理解本發(fā)明能很好地適用于實(shí)現(xiàn)所述的目的，并獲得所提及的結(jié)果和優(yōu)點(diǎn)，以及其中所固有的那些結(jié)果和優(yōu)點(diǎn)。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在實(shí)施本發(fā)明時(shí)可以進(jìn)行各種修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到其中的改變和其它的用途，而這些改變和用途被包括在如權(quán)利要求的范圍所限定的本發(fā)明的精神中。
權(quán)利要求
1.一種提高在將材料膜沉積到襯底的過程中所使用的基座的支撐板的平面度的方法，包括下列步驟將軸的中空芯中的壓力減小到低于大氣壓的水平；以及將沉積室中的壓力減小到將材料膜沉積到所述襯底上所要求的水平，其中在所述軸的中空芯中的壓力作用于所述支撐板的下表面上，所述下表面被連接到所述軸且與所述軸的中空芯相對(duì)接，所述沉積室中的壓力作用于所述支撐板的適于支撐所述襯底的上表面上，由此來提高平面度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中減小所述軸的中空芯中的壓力的操作包括下列步驟將所述軸的中空芯與大氣壓隔離密封；以及將負(fù)壓源施加到所述軸的中空芯，由此減小所述中空芯中的壓力、
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述中空芯由軸真空連接器殼體密封，其中所述軸真空連接器殼體適于與所述負(fù)壓源相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述軸真空連接器殼體包括適于連接到所述負(fù)壓源的配合件，所述負(fù)壓源通過所述配合件被施加到所述中空芯。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述上表面還包括多個(gè)穿過此表面的開口，所述開口適于通過對(duì)其施加真空將所述襯底固定到所述上表面上，其中，所述多個(gè)開口與在所述軸的中空芯中穿行的真空管線連接。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中連接到所述多個(gè)開口的所述真空管線具有產(chǎn)生于其中的、并且獨(dú)立于所述軸的中空芯中所產(chǎn)生的負(fù)壓而進(jìn)行控制的負(fù)壓。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述室壓力為從約0.5Torr至約6Torr。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述軸的中空芯內(nèi)部的壓力被減小到低于約200Torr。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述軸的中空芯內(nèi)部的壓力被減小到約0.5Torr至約200Torr。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中使所述軸的中空芯內(nèi)部的壓力為大致等于所述室壓力的值。
11.一種提高在將材料膜沉積到襯底的過程中所使用的基座的支撐板的平面度的方法，包括下列步驟將沉積室中的壓力減小到約0.5Torr至約200Torr；利用軸真空連接器殼體使軸的中空芯與大氣壓隔離密封，其中所述軸真空連接器殼體包括適于連接到負(fù)壓源的配合件；通過所述配合件將所述負(fù)壓源施加到所述軸的中空芯；以及通過所述配合件將所述軸的中空芯中的壓力減小到從約0.5至約200Torr，其中在所述軸的中空芯中的壓力作用于所述支撐板的下表面上，所述下表面被連接到所述軸且與所述軸的中空芯相對(duì)接，所述沉積室中的壓力作用于所述支撐板的適于支撐所述襯底的上表面上，由此來提高平面度。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述上表面還包括多個(gè)穿過此表面的開口，所述開口適于通過對(duì)其施加真空將所述襯底固定到所述上表面上，其中，所述多個(gè)開口與在所述軸的中空芯中穿行的真空管線連接。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中連接到所述多個(gè)開口的所述真空管線具有產(chǎn)生于其中的、并且獨(dú)立于所述軸的中空芯中所產(chǎn)生的負(fù)壓而進(jìn)行控制的負(fù)壓。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中使所述軸的中空芯內(nèi)部的壓力為大致等于所述室壓力的值。
15.一種在用于將材料膜沉積到襯底上的沉積室中使用的基座，所述基座包含安裝在具有中空芯的軸上的支撐板，所述支撐板具有適于支撐襯底的上表面和被連接到所述軸并和所述中空芯對(duì)接的下表面，其中所述中空芯與大氣壓隔離密封；以及輸入件，用于向所述中空芯內(nèi)部施加作用于所述襯底支撐板的下表面的負(fù)壓。
16.如權(quán)利要求15所述的基座，還包括軸真空連接器殼體，所述軸真空連接器殼體將所述中空芯與大氣壓隔離密封。
17.如權(quán)利要求16所述的基座，其中所述軸真空連接器殼體具有置于其上的輸入件。
18.如權(quán)利要求15所述的基座，其中所述襯底支撐板還包括多個(gè)開口，所述開口穿過所述上表面，并適于通過對(duì)其施加真空將所述襯底固定到所述上表面上，所述多個(gè)開口與在所述軸的中空芯中穿行的真空管線連接。
19.如權(quán)利要求18所述的基座，其中，獨(dú)立于在所述軸的中空芯內(nèi)部所產(chǎn)生的并作用于所述支撐板的下表面的所述負(fù)壓，來控制在連接到所述多個(gè)開口的所述真空管線中所產(chǎn)生的負(fù)壓。
20.如權(quán)利要求18所述的基座，其中，將被連接到所述多個(gè)開口上的所述真空管線連接到真空源，所述真空源獨(dú)立于被連接到所述輸入件的真空源，所述輸入件用于在所述軸的中空芯內(nèi)部產(chǎn)生作用于所述支撐板的下表面的負(fù)壓。
21.一種在用于將材料膜沉積到襯底上的沉積室中使用的基座，所述基座包含安裝在具有中空芯的軸上的支撐板，所述支撐板具有適于支撐襯底的上表面和被連接到所述軸并和所述中空芯對(duì)接的下表面；軸真空連接器殼體，所述軸真空連接器殼體使所述中空芯與大氣壓隔離密封；以及位于所述軸真空連接器殼體上的輸入件，所述輸入件用于向所述中空芯內(nèi)部施加作用于所述襯底支撐板的下表面的負(fù)壓。
22.如權(quán)利要求21所述的基座，其中所述襯底支撐板還包括多個(gè)開口，所述開口穿過所述上表面，并適于通過對(duì)其施加真空將所述襯底固定到所述上表面上，所述多個(gè)開口與在所述軸的中空芯中穿行的真空管線連接。
23.如權(quán)利要求22所述的基座，其中，獨(dú)立于在所述軸的中空芯內(nèi)部所產(chǎn)生的并作用于所述支撐板的下表面的所述負(fù)壓，來控制在連接到所述多個(gè)開口的所述真空管線中所產(chǎn)生的負(fù)壓。
24.如權(quán)利要求23所述的基座，其中，將被連接到所述多個(gè)開口上的所述真空管線連接到真空源，所述真空源獨(dú)立于被連接到所述輸入件的真空源，所述輸入件用于在所述軸的中空芯內(nèi)部產(chǎn)生作用于所述支撐板的下表面的負(fù)壓。
25.一種將材料膜沉積到襯底上的方法，包括下列步驟在沉積室中，將所述襯底固定到如權(quán)利要求15所述的基座的支撐板的上表面；將所述沉積室中的壓力減小到沉積壓力；將所述基座的軸的中空芯內(nèi)部的壓力減小到低于大氣壓，其中在所述軸的中空芯中的所述壓力施加到所述基座的支撐板的下表面；使至少一種前驅(qū)體氣體流入所述沉積室之中；以及將膜沉積到所述襯底上，其中所述膜至少部分地由所述至少一種前驅(qū)體氣體產(chǎn)生。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括下列步驟使所述沉積室內(nèi)部的溫度為至少300℃。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，使所述溫度為約400℃到約450℃。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述沉積室中的壓力為從約0.5Torr至約6Torr。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，將所述軸的中空芯中的壓力減小到低于約200Torr。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中，使所述的軸的中空芯中的壓力為等于所述的沉積室中的壓力的值。
31.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括下列步驟監(jiān)測(cè)所述沉積壓力和所述的軸的中空芯內(nèi)部的壓力；以及如果所述的軸的中空芯內(nèi)部的壓力超出了相對(duì)于所述沉積室中的壓力的預(yù)定值范圍，則調(diào)節(jié)所述的中空芯內(nèi)部的壓力。
32.如權(quán)利要求25所述的基座，還包括下列步驟監(jiān)測(cè)其上將要沉積所述膜的所述襯底的表面的平面度；以及如果所述襯底的表面相對(duì)于理想平面的變形大于預(yù)定的容許量，則調(diào)節(jié)所述的軸的中空芯內(nèi)部的壓力，由此使得所述基座和襯底回到容許的平面度限度內(nèi)。
33.一種將膜沉積到襯底上的方法，包括下列步驟在沉積室中，將襯底固定到如權(quán)利要求15所述的基座的支撐板的上表面；使所述沉積室內(nèi)部的溫度為至少300℃；將所述沉積室中的壓力減小到約0.5Torr至約6Torr；將所述基座的軸的中空芯內(nèi)部的壓力減小到從約0.5Torr到約200Torr，其中所述軸的所述中空芯中的壓力被施加到所述基座的所述支撐板的下表面；使至少一種前驅(qū)體氣體流入所述沉積室之中；將膜沉積到所述襯底上，其中所述膜至少部分地由所述至少一種前驅(qū)體氣體產(chǎn)生；監(jiān)測(cè)沉積壓力和所述軸的中空芯內(nèi)部的壓力；以及在將所述膜沉積到所述襯底上的過程中，如果所述的軸的中空芯內(nèi)部的壓力超出了相對(duì)于所述的沉積室中的壓力的預(yù)定值范圍，則調(diào)節(jié)所述的中空芯內(nèi)部的壓力。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，使所述溫度為約400℃至約450℃。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，使所述軸的中空芯中的壓力為等于所述沉積室中的壓力的值。
36.一種將膜沉積到襯底上的方法，包括下列步驟在沉積室中，將襯底固定到如權(quán)利要求15所述的基座的支撐板的上表面；使所述沉積室內(nèi)部的溫度為至少300℃；將所述沉積室中的壓力減小到約0.5Torr至約6Torr；將所述基座的軸的中空芯內(nèi)部的壓力減小到從約0.5Torr到約200Torr，其中所述軸的所述中空芯中的壓力被施加到所述基座的所述支撐板的下表面；使至少一種前驅(qū)體氣體流入所述沉積室之中；將膜沉積到所述襯底上，其中所述膜至少部分地由所述至少一種前驅(qū)體氣體產(chǎn)生；監(jiān)測(cè)其上將要沉積所述膜的所述襯底的表面的平面度；以及在將所述膜沉積到所述襯底上的過程中，如果所述襯底的表面相對(duì)于理想平面的變形大于預(yù)定的容許量，則調(diào)節(jié)所述的軸的中空芯內(nèi)部的壓力，由此使得所述基座和襯底回到容許的平面度限度內(nèi)。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，使所述溫度為約400℃至約450℃。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，使所述軸的中空芯中的壓力為等于所述沉積室中的壓力的值。
全文摘要
在此所提供的是一種提高在將材料膜沉積到襯底的過程中所使用的基座的支撐板的平面度的方法，包括下列步驟將軸的中空芯中的壓力減小到低于大氣壓的水平；以及將沉積室中的壓力減小到將材料膜沉積到襯底上所要求的水平，其中在軸的中空芯中的壓力作用于支撐板的下表面上，該下表面被連接到軸且與軸的中空芯相對(duì)接，沉積室中的壓力作用于支撐板的適于支撐襯底的上表面上，由此來提高平面度。還提供了基座和將膜沉積到被固定至本發(fā)明的基座上的襯底上的方法。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1539158SQ02815295
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2002年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月3日
發(fā)明者桑蓋·亞達(dá)夫, 權(quán)原·尚, 厄恩斯特·凱勒, 威·張, 尚, 桑蓋 亞達(dá)夫, 特 凱勒 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司