可實(shí)時(shí)監(jiān)控晶片溫度的升降針系統(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(shí)時(shí)監(jiān)控晶片溫度的升降針系統(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(guò)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(duì)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(guò)流量計(jì)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?dú)獾?。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(shí)DC電源會(huì)施加偏壓至靶材6，使其相對(duì)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(shí)，會(huì)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(chǎng)可以迫使等離子中的電子按照一定的軌道運(yùn)動(dòng)，增加了電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，從而增加了電子和要電離的氣體的碰撞的機(jī)會(huì)，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(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于內(nèi)磁極的總磁場(chǎng)強(qiáng)度，如大于兩倍或兩倍以上)，則非平衡磁場(chǎng)會(huì)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(lái)的離子導(dǎo)向晶片，同時(shí)減小等離子體擴(kuò)展至側(cè)壁。馬達(dá)12會(huì)驅(qū)動(dòng)固定磁極的不銹鋼平板沿中央軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣可在各個(gè)角度上產(chǎn)生時(shí)間均化磁場(chǎng)，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(huì)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(huì)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(guò)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(huì)造成晶片溫度的升高，甚至帶加熱和控溫的底座也可以對(duì)晶片進(jìn)行加熱，但是目前的各種測(cè)溫及控溫方式，均無(wú)法很好的實(shí)時(shí)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(guò)程中晶片溫度的方式非常重要。
[0005]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的升降針系統(tǒng)示意圖，現(xiàn)有技術(shù)的升降針系統(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(guò)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(guò)溫度顯示器17顯示該溫度。圖3、4分別是現(xiàn)有技術(shù)的升降針系統(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116只能在打開(kāi)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(cè)量晶片11溫度。熱電偶的導(dǎo)線116無(wú)法實(shí)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(huì)造成由于真空度較差或由于開(kāi)腔造成的污染等影響薄膜沉積環(huán)境，從而影響到測(cè)溫的真實(shí)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I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I導(dǎo)通，影響測(cè)溫準(zhǔn)確性，嚴(yán)重時(shí)甚至可以造成測(cè)溫失敗。采用現(xiàn)有技術(shù)的方案，只能用來(lái)測(cè)量晶片11在工藝過(guò)程中的溫度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程中對(duì)晶片11溫度的控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]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(shí)時(shí)監(jiān)控晶片溫度的升降針系統(tǒng)及磁控濺射設(shè)備，實(shí)現(xiàn)晶片傳輸和晶片傳輸過(guò)程、工藝過(guò)程的溫度監(jiān)控。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種可實(shí)時(shí)監(jiān)控晶片溫度的升降針系統(tǒng)，應(yīng)用在磁控濺射設(shè)備上，包括用于升降晶片的晶片升降針和用于支撐固定所述晶片升降針的升降針支撐件，所述升降針系統(tǒng)還包括測(cè)溫探頭和彈性部件；
[0008]所述晶片升降針為空心管狀，所述晶片升降針的下端固定在所述升降針支撐件上，所述測(cè)溫探頭和所述彈性部件均設(shè)置在所述晶片升降針的空心內(nèi)，所述測(cè)溫探頭的下端與所述彈性部件抵接，使得所述測(cè)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晶片升降針，所述測(cè)溫探頭的導(dǎo)線從所述晶片升降針的下端伸出。
[0009]其中，所述晶片升降針的數(shù)量為三個(gè)以上，三個(gè)以上所述晶片升降針間隔設(shè)置在所述升降針支撐件上。
[0010]其中，所述測(cè)溫探頭的形狀為圓柱狀平頂探頭或圓柱狀圓頂探頭。
[0011]其中，所述彈性部件為彈簧或彈片。
[0012]其中，所述升降針系統(tǒng)還包括用于驅(qū)動(dòng)所述升降針支撐件升降的升降裝置。
[0013]其中，所述升降針系統(tǒng)還包括用于加熱晶片的加熱底座，所述加熱底座上設(shè)置導(dǎo)向孔，所述晶片升降針置于所述導(dǎo)向孔內(nèi)，能夠在所述導(dǎo)向孔內(nèi)相對(duì)所述加熱底座上下運(yùn)動(dòng)。
[0014]其中，所述升降針系統(tǒng)還包括溫控器，所述溫控器分別與所述加熱底座和所述測(cè)溫探頭電連接，所述溫控器用于控制所述加熱底座的溫度。
[0015]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(shí)時(shí)監(jiān)控晶片溫度的升降針系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明的可實(shí)時(shí)監(jiān)控晶片溫度的升降針系統(tǒng)及磁控濺射設(shè)備，不僅能夠滿足晶片的傳輸任務(wù)需求，而且實(shí)現(xiàn)晶片在傳輸過(guò)程以及工藝過(guò)程中的溫度控制，升降針系統(tǒng)很好的將晶片傳輸系統(tǒng)與晶片控溫系統(tǒng)整合在一起，實(shí)現(xiàn)了多重功能。在整個(gè)的測(cè)溫及控溫過(guò)程中，升降針在彈性部件的彈力作用下實(shí)現(xiàn)晶片與測(cè)溫探頭的緊密接觸，從而增加測(cè)量的精確度。另外，升降針系統(tǒng)的所有部件均在真空狀態(tài)下，不與等離子體接觸，不存在等離子體污染測(cè)溫探頭的問(wèn)題。測(cè)溫探頭和加熱底座分別與控制器連接，使得溫控器實(shí)時(shí)根據(jù)測(cè)溫探頭測(cè)得的晶片溫度而控制加熱底座的功率調(diào)整，從而保證工藝過(guò)程中對(duì)晶片溫度的控制