可實時監(jiān)控晶片溫度的壓環(huán)系統(tǒng)及磁控濺射設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種可實時監(jiān)控晶片溫度的壓環(huán)系統(tǒng)及磁控濺射設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體集成電路制造過程中，濺射工藝(或稱為物理氣相沉積(PVD))被用于沉積許多種不同的金屬層及相關(guān)材料層。其中應(yīng)用最為廣泛的濺射工藝之一是直流磁控濺射技術(shù)。典型的直流磁控濺射設(shè)備如圖1所示，該磁控濺射設(shè)備具有圓環(huán)型反應(yīng)腔體1，真空泵系統(tǒng)2可對反應(yīng)腔體I進(jìn)行抽氣而達(dá)到約1-6Torr的背底真空度。通過流量計3連接到腔體的氣體源4可供給濺射反應(yīng)氣體(如氬氣、氮氣等)。5為承載晶片的底座(帶加熱或冷卻功能)，6為靶材，其被密封在反應(yīng)腔體I上，7為一種絕緣材料(例如G10)，該材料和靶材6中間充滿了去離子水8。濺射時DC電源會施加偏壓至靶材6，使其相對于接地的反應(yīng)腔體I成為負(fù)壓，以使氬氣放電而產(chǎn)生等離子體，將帶正電的氬離子吸引至負(fù)偏壓的靶材6，當(dāng)氬離子的能量足夠高時，會使金屬原子逸出靶材表面并沉積在晶片上。
[0003]為了獲得更大的等離子體密度、濺射沉積速率以及靶材利用率，在靶材6背部使用了磁控管9，其包括具有相反極性的內(nèi)外磁極，在靶材6的表面內(nèi)磁極以及外磁極之間散布的磁場可以迫使等離子中的電子按照一定的軌道運(yùn)動，增加了電子的運(yùn)動時間，從而增加了電子和要電離的氣體的碰撞的機(jī)會，而得到高密度的等離子體區(qū)10，可大幅度的提高濺射沉積速率。如果該磁控管為非平衡的磁控管(即外磁極的總磁場強(qiáng)度遠(yuǎn)大于內(nèi)磁極的總磁場強(qiáng)度，如大于兩倍或兩倍以上)，則非平衡磁場會從靶材6朝向晶片11投射而使等離子體擴(kuò)展，并將濺射出來的離子導(dǎo)向晶片，同時減小等離子體擴(kuò)展至側(cè)壁。馬達(dá)12會驅(qū)動固定磁極的不銹鋼平板沿中央軸轉(zhuǎn)動，這樣可在各個角度上產(chǎn)生時間均化磁場，以達(dá)到更均勻的靶材濺射型態(tài)。因此磁控管所控的電子的軌道不僅會影響不同位置的靶材的侵蝕速率，影響靶材的壽命，而且還會影響薄膜的沉積的均勻性。
[0004]在先進(jìn)的集成電路以及LED芯片制造流程中，大量的金屬導(dǎo)線以及氧化物透明導(dǎo)電薄膜均可采用PVD裝置進(jìn)行沉積。在沉積的過程中為了滿足不同工藝的需求，經(jīng)常需要控制薄膜的沉積溫度。雖然PVD靶材濺射出的高能粒子轟擊晶片會造成晶片溫度的升高，甚至帶加熱和控溫的底座也可以對晶片進(jìn)行加熱，但是目前的各種測溫及控溫方式，均無法很好的實時監(jiān)控晶片在工藝腔室內(nèi)以及濺射狀態(tài)下的晶片表面溫度，從而影響了薄膜的質(zhì)量控制。因此，尋找一種可以有效的控制濺射過程中晶片溫度的方式非常重要。
[0005]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的壓環(huán)系統(tǒng)示意圖，現(xiàn)有技術(shù)的壓環(huán)系統(tǒng)采用的方案是將熱電偶的探頭14采用耐高溫的陶瓷膠粘貼在晶片11表面，再將熱電偶的導(dǎo)線16通過腔室密封圈引出到反應(yīng)腔體I外面的溫度顯示器17上，熱電偶的探頭14采集晶片11的溫度，通過溫度顯示器17顯示該溫度。圖3、4分別是現(xiàn)有技術(shù)的壓環(huán)系統(tǒng)在晶片處于傳輸狀態(tài)和工藝狀態(tài)的示意圖。由傳輸狀態(tài)可以看出晶片11是從反應(yīng)腔體I的外部傳入反應(yīng)腔體I的內(nèi)部，然后再上升到工藝位置并頂起晶片壓環(huán)13后進(jìn)行薄膜沉積，其中晶片壓環(huán)13設(shè)置在內(nèi)襯18上。采該方案，熱電偶的導(dǎo)線16只能在打開反應(yīng)腔體I的狀況下將粘好熱電偶的探頭14的晶片11放置好
[0006]后，再閉合反應(yīng)腔體I進(jìn)行真空抽氣并進(jìn)行薄膜沉積，測量晶片11溫度。熱電偶的導(dǎo)線16無法實現(xiàn)在不破壞反應(yīng)腔體I真空的條件下從反應(yīng)腔體I內(nèi)部引出，這樣會造成由于真空度較差或由于開腔造成的污染等影響薄膜沉積環(huán)境，從而影響到測溫的真實性，另外，采用現(xiàn)有技術(shù)的方案，熱電偶的探頭14粘貼在晶片11上后導(dǎo)線暴露在薄膜沉積產(chǎn)生的等離子體15內(nèi)，極容易造成等離子體15將熱電偶導(dǎo)線導(dǎo)通，影響測溫準(zhǔn)確性，嚴(yán)重時甚至可以造成測溫失敗。采用現(xiàn)有技術(shù)的方案，只能用來測量晶片11在工藝過程中的溫度，無法實現(xiàn)工藝過程中對晶片11溫度的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種可實時監(jiān)控晶片溫度的壓環(huán)系統(tǒng)及磁控濺射設(shè)備，在不破壞真空環(huán)境的情況下實現(xiàn)工藝過程中晶片表面溫度的測量，以及工藝過程中晶片表面的溫度控制。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種可實時監(jiān)控晶片溫度的壓環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)用在磁控濺射設(shè)備上，所述壓環(huán)系統(tǒng)包括晶片壓環(huán)、彈性測溫臂和用于測量晶片溫度的測溫探頭，所述彈性測溫臂的一端固定在所述晶片壓環(huán)上，所述彈性測溫臂的另一端懸空，所述彈性測溫臂為中空的管狀，所述晶片壓環(huán)上設(shè)置通孔，所述通孔連通所述彈性測溫臂的中空部分；
[0009]所述測溫探頭設(shè)置在所述彈性測溫臂的中空部分，置于所述彈性測溫臂的懸空的一端，所述測溫探頭的導(dǎo)線先后貫穿所述彈性測溫臂的中空部分和所述晶片壓環(huán)的所述通孔而延伸至所述晶片壓環(huán)的外側(cè)。
[0010]其中，所述彈性測溫臂的形狀為L形。
[0011]其中，所述的可實時監(jiān)控晶片溫度的壓環(huán)系統(tǒng)還包括彈性部件，所述彈性部件設(shè)置在所述彈性測溫臂的中空部分，用于抵接所述測溫探頭，使得所述測溫探頭在所述彈性部件的彈力作用下能夠部分地伸出所述彈性測溫臂。
[0012]其中，所述彈性部件為彈簧或彈片。
[0013]其中，所述的可實時監(jiān)控晶片溫度的壓環(huán)系統(tǒng)還包括護(hù)套，所述護(hù)套套設(shè)在所述彈性測溫臂上。
[0014]其中，所述彈性測溫臂的數(shù)量為多個，多個所述彈性測溫臂間隔設(shè)置在所述晶片壓環(huán)上。
[0015]其中，多個所述彈性測溫臂的長度不相同。
[0016]其中，所述彈性測溫臂為金屬管。
[0017]還涉及一種磁控濺射設(shè)備，包括上述任一技術(shù)特征的可實時監(jiān)控晶片溫度的壓環(huán)系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]本發(fā)明的可實時監(jiān)控晶片溫度的壓環(huán)系統(tǒng)及磁控濺射設(shè)備，實現(xiàn)在不破壞腔室真空的條件下從腔室內(nèi)部引出測溫探頭的導(dǎo)線，從而保證薄膜沉積環(huán)境不受污染，測溫更加真實。測溫探頭和測溫探頭的導(dǎo)線均不會暴露在薄膜沉積產(chǎn)生的等離子體內(nèi)，極大增強(qiáng)了測溫探頭的使用壽命及測溫準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的磁控濺射設(shè)備的簡圖；
[0021]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的壓環(huán)系統(tǒng)示意圖；
[0022]圖3為現(xiàn)有技術(shù)的壓環(huán)系統(tǒng)在晶片處于傳輸位示意圖；
[0023]圖4為現(xiàn)有技術(shù)的壓環(huán)系統(tǒng)在晶片處于工藝位的示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明的壓環(huán)系統(tǒng)一實施例的示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明的壓環(huán)系統(tǒng)的晶片壓環(huán)一實