CN107923037B

CN107923037B - 真空处理设备和用于真空处理基底的方法

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Publication number: CN107923037B
Application number: CN201680052060.5A
Authority: CN
Inventors: S.施维恩-托伊; R.戈德; M.彻西尤克; M.帕德伦
Original assignee: Swiss Alpha Technology
Current assignee: Swiss Alpha Technology
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: KR20180049057A; JP6963551B2; CN107923037A; TW201718915A; EP3347503A1; WO2017042123A1; US20180245212A1; TWI732781B; JP2018527472A; US10889890B2

Abstract

一种真空处理设备，包括：真空处理容器（12），该真空处理容器在容器（12）的内部（i）和外部（e）之间具有至少一个圆形开口（13）。所述容器容纳转台（1），该转台沿着其工作台表面限定平面（P）；围绕垂直于平面（P）的中心轴线（B）能够驱动地旋转，并且展现出多个圆形基底支撑件（2至9）；由此，所述至少一个开口（13）被设置成使得在转台（1）的转动期间基底支撑件（2至9）的每一个的区域和开口（13）完全对准并且完全面向彼此；真空处理设备进一步包括：PVD沉积源（14），该PVD沉积源附接至所述至少一个开口（13），由此，所述PVD源至少展现出圆形材料目标（15）和静态磁体装置（11），以及所述磁体装置设置在平行于平面（P）的平面（M）中，并且没有围绕居中通过所述磁体装置延伸并垂直于所述平面（M）的中心轴线（C）旋转对称。

Description

真空处理设备和用于真空处理基底的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在亚大气条件下处理基底、特别是主要地由玻璃或塑料构成的半导体晶圆或基底的系统或设备。另外，本发明描述了一种用于制造这样的基底的方法。

定义

在本发明的意义上，处理意味着用于基底的处理步骤或一系列的处理步骤。真空处理意味着一种真空工艺，其中，分别在低于大气压力的压力下或者在真空条件下对工件进行表面处理。处理包括对于表面的任何化学、物理作用，诸如，PVD、CVD涂层、刻蚀、热退火等。

在本发明的意义上，基底或工件是在处理设备中待处理的部件或零件。基底包括但不限于具有矩形、方形或圆形的平坦、板状零件。在优选的实施例中，本发明涉及例如主要地由硅（晶圆）、玻璃或塑料构成的基本上平面的圆形基底。

真空处理或真空处理系统或设备至少包括用于在低于环境大气压力的压力下待处理的基底的壳体。

处理站意味着专用于执行处理步骤（与在真空下装载/卸载操作或运输不同）的真空处理系统的区域。

CVD或化学气相沉积是允许在被加热基底上沉积多个层的化学工艺。一个或多个挥发性前驱物材料被送料至处理系统，在这里，它们在基底表面上反应和/或分解以产生期望的沉积物。

物理气相沉积（PVD）是用于描述通过气化形式的材料在基底表面上的冷凝而沉积薄膜的各种方法的任一种的通用术语。涂覆方法包括与CVD不同的纯物理工艺，诸如，高温真空气化或等离子体溅射轰击。PVD的变型包括阴极电弧沉积，电子束物理气相沉积，气化沉积，溅射沉积（即，通常限制在位于目标材料的表面上的磁性隧道中的辉光等离子体放电）。

溅射的PVD工艺也被称作阴极溅射，其意味着通过采用高能离子轰击而从所谓的目标的表面融化原子，使其进入气相，并且最终沉积在基底的表面上。目标与对置电极之间的电场在该区域中维持被提供的工作气体的离子化过程。来自气体的离子朝向目标加速并且引起固体表面的原子化。该溅射工艺的特性能够受到位于目标后部（远离基底）的磁性机构的影响并被其放大。这样的磁体系统在本领域中已知被设置成使得产生在目标的表面上跨越的闭合的磁隧道环。该隧道主要地限制电子，这增强了与工作气体的碰撞离子化过程。该结构被称为磁控溅射设备或磁控管。为了改进随时间变化的目标侵蚀以及沉积均匀性，磁体系统通常围绕垂直于目标表面的轴线旋转。

用在溅射设备中的工作气体是可以由反应气体（例如，氢气、氮气、氧气等（或其混合物））填充的稀有气体，诸如，氩气。来自目标的被溅射颗粒随后可以与气体反应并且被沉积的层包括目标材料的氧化物、氮化物、氮氧化物。

术语“层”、“涂层”、“沉积物”和“薄膜”在本公开内容中可互换地用于在真空处理设备中沉积的薄膜，其是CVD、LPCVD、等离子体增强CVD（PECVD）或PVD（物理气相沉积）。

真空溅射设备在本领域中是熟知的并且包括各种变型，诸如，批量式处理系统或单基底处理系统。具有许多不同处理站的真空处理系统允许在不中断处理步骤之间的真空的情况下处理基底。通常利用装载/卸载锁来将基底送入受控真空环境或从该环境中移除基底，这在本领域中是熟知的。

背景技术

本发明涉及一种真空处理系统，其包括在真空壳体中的可旋转的转台。该转台展现用于将基底设置在其处的多个位置。可能的基底的数量由转台的尺寸与基底的尺寸（半径）和形状确定。处理站通常附接至壳体中的可真空密封的开口，通过该开口对基底进行预期的处理。在处理期间，转台可以在连续或不连续的工序中旋转。两种操作模式具有它们的特性。在不连续的工序中，基底在处理站的前部移动，并且当转台不动时进行处理。只要基底被正确地放置，则处理源将被激活。由此简化了均匀的处理结果的实现。然而，打开和关闭处理源以及在处理之间移动基底基本上是非生产性时间。在连续的工序中，当基板沿着处理站经过是对基底进行处理。该方案被称为所谓的直列式涂覆系统，这在本领域是熟知的，例如，用于涂覆建筑玻璃。工艺站（例如，溅射源）可以在基底经过时保持操作。

现有技术的缺点

尽管看起来将旋转基底工作台的优点（紧凑性）和直列式系统的通过方案的优点（操作便利性）进行组合是明显的，但其具有一个不可避免的系统性问题。图1示出了在外壳35内的圆形转台31上的顶视图。仅示出了3个基底位置32、33、34。虽然在操作中转台旋转并且因此例如通过区域36指示的涂覆源对基底进行处理。如人们容易理解的，基底将不会在每个区域被均匀地涂覆，而是取决于它们相对于旋转轴线的位置以及基底。基底源36被示出为圆形，但是基本效应也将适用于具有更扩展形式的源，即，径向延伸的线式源。

EP 0 443 442示出了一种处理上述问题的设备和应用，不仅旋转转台，而且也旋转基底，随着时间变化，沉积均匀性被均等化。然而，转台必须装备有允许各个基底旋转的机构。这能够机械地（例如，通过齿轮）或者利用电驱动器解决，然而这再次使得转台需要电源线。旋转基底再次产生了一组自己的问题，因为将基底夹持至该机构以及冷却需要更多的建设性工作和维护工作。

因此本发明的目标在于提供一种真空处理设备和一种用于真空处理基底的方法，该方法无需基底旋转并且在磁控管中不需要旋转磁体系统，而是需要静态磁体系统。

发明内容

在图3中示出了根据本发明的真空处理设备并且该真空处理设备包括真空处理容器12，真空处理容器12在所述容器12的内部（i）和外部（e）之间具有至少一个可密封的圆形开口13，所述容器同样容纳转台1，该转台：（a）沿着其工作台表面限定平面P，（b）能够围绕垂直于平面P的中心轴线B驱动地旋转，以及（c）展现出多个圆形基底支撑件或基底位置2至9。开口13被设置成使得在转台1的转动期间，基底支撑件2至9的每一个的区域和开口13完全对准并且完全面向彼此。PVD沉积源14附接至所述至少一个开口13，其中，所述PVD源至少展现出圆形材料目标15和静态磁体装置11，所述磁体装置11设置在平行于平面P的平面M中并且没有围绕中心轴线C旋转对称，该中心轴线C居中通过所述磁体装置延伸并且垂直于所述平面M。在优选实施例中，磁体系统11在平面M中围绕对称轴线A对称。

在另外的优选实施例中，磁体装置（11）围绕平面（M）中的任意对称轴线（A）非对称。

在另外的实施例中，所述磁体装置（11）包括磁体的两个闭合回路，每个回路具有相同的极性以及在两个回路之间具有相对的极性，一个回路环绕另一个，由此形成了外闭合回路和内闭合回路，其中，至少外回路环绕中心轴线（C）并且磁体的两个回路围绕平面（M）中的任意对称轴线（A）非对称。

在另外的实施例中，磁体系统（11）的每个回路包括至少4个区段，其中，两个区段形成围绕磁体装置的中心轴线（C）的圆弧，并且在圆弧区段的相对端部的第一对之间的一个区段包括或形成直线，以及在圆弧区段的相对端部的第二对之间的一个区段包括或形成朝向或围绕磁体装置的中心轴线（C）向内定界（bound）的线。由此（多个）直线和（多个）定界线彼此不交叉。圆弧区段也能够围绕中心轴线（C）向内定界。

在另外的实施例中，一个圆弧区段形成参照转台的中心轴线（B）的磁体系统的最内侧区段，以及一个圆弧区段形成参照转台的中心轴线（B）的磁体系统的最外侧区段。

参照与转台的中心轴线（B）相交的对称轴线（A），至少一个圆弧区段能够是对称的。

因此明显陈述的是，不论本发明基于不同示例而示出的事实，应该理解的是，示例的任意组合或者一个示例的某些特征与另一示例或者另一示例的一部分的任意组合应该被视作公开作为实际本发明的一部分，只要该组合无法由本领域技术人员明确地认为是无意义的措施。

附图说明

图1是“转台”真空处理系统的系统性问题的图示。

图2是用在本发明中的磁体系统的基本设计。

图3是具有转台的真空涂覆系统的顶视图和横截面图。

图4是如用在本发明中的磁体系统的细节图。

具体实施方式

将参照图3描述真空处理系统。图3通过本发明的系统的简化示意图示出了顶视图和横截面图。外壳或真空处理容器12具有至少一个、优选地具有多个可密封开口13、23。该可密封开口被提供用于容纳处理站，诸如例如，PVD沉积源14、装载锁具、加热站或者脱气器，这取决于需要进行何种处理。在容器12内存在基本上圆形转台1，其展现了用于基底或基底支撑件2-9的位置。转台的整体表面也限定了平面P。基底支撑件2-9能够是与待处理的基底的外部形状匹配的凹陷；简单的凸缘、销、卡盘、保持器、夹具或安装件。在基底由载体保持的情形中，安装件可以是用于这样的载体的支撑件。

支撑件2-9被示出为圆形形状，然而这不应是对于基底形状的限制因素。

转台具有旋转轴线B。在图3中已经省略了能够使转台旋转的驱动器。本领域技术人员将选择适当的解决方案。

基底支撑件的数量和形状将由几何约束以及对于真空处理系统的规范而限定。

示例性地，一个PVD沉积源14被示出为设置在开口13上。PVD源14基本上包括圆形材料目标15和静态磁体装置11。磁体装置限定了平行于平面P并且因此垂直于轴线B的平面M。另外的轴线C是通过圆形目标的中心轴线，并且垂直于平面M并因此平行于轴线B。该轴线C也相应地标记了开口13、23的中心。轴线B和C之间的径向距离被选择为与轴线B和每个基底支撑件2至9的中心之间的距离相同。换言之，在转台的每次旋转期间，至少在满足条件时的一瞬间，基底支撑件的每一个的区域与开口13、23完全对准并且完全面向彼此。开口的数量可以与基底位置的数量匹配，但这不是强制的。

PVD源展现了静态磁体系统11，磁体系统11被设计成使得补偿由于在下面经过的基底的旋转运动而引起的沉积不均匀性。磁体系统11被进一步设计成使得在没有筛网（Screens）、成形器（Shapers）或遮蔽物（shades）的情况下进行。这样的元件通常用于阻挡目标和基底之间的路径的某些部分。在这点上，本文中描述的PVD源被设计成使得在目标和基底之间的体积中没有引入阻碍性的物理元件，其目的在于在材料撞击基底之前故意接收目标材料。该体积应该由相互对准时的目标凸缘和基底凸缘之间的连接线限定和界定。换言之，在目标上的任何点与基底上的任何点之间存在不受阻挡的视线（同样，在相互对准的时刻）。缺少成形器或遮蔽物消除了剥落的重要来源；而且改进了目标材料的效用。

能够实现该目标的磁体系统在优选实施例中具有如在作为顶视图的图2中描述的基本形式。其基本上包括两个磁体环，一个围绕另一个并且具有相对的极性。在图2中这两个磁体环用虚线示出并且在操作期间等离子体隧道基本上被捕获在由这两个磁体环产生的磁拱之间。发明人已经意外地发现在优选实施例中两个磁体回路基本上展现梯形的形状。在简化形式中其能够被描述为包括至少4个区段，其中，两个区段形成直线以及两个区段形成圆弧。罗马数字I至IV在图2中显示这些区段。脚标o指示虚线分隔线对其有效的磁体环的“外侧”。内环可以具有其自己的区段的角度分布，但是遵循上面描述的基本方法。两个区段之间的过渡区域可以展现出弯曲区段以便使操作期间用于等离子回路的弯曲部平滑。在变型例中，该磁体系统的布局围绕位于平面M中的轴线A对称。在该变型例的另外的优选实施例中，轴线A与轴线B相交并且因此相应地从真空系统或转台的中心轴线B径向延伸。

在图4中描述了另外的本发明的特征，图4同样示出了图3的一部分。相同的附图意味着相同的技术部件。顶视图中的磁体系统11被示出为具有对称轴线A和线条K。该线条K与轴线C相交并且位于平面M内，其基本上将区域10分成两半。因此由磁体系统11界定的区域也在区域17中被分割，区域17比区域16在径向上更靠近轴线B，区域16延伸远离中心（由轴线A处的箭头所示）。根据本发明，区域16需要被选择成比区域17更大以便允许基底的均匀涂覆以及当基底在其涂覆源14下方的弯曲弧形路径上经过时补偿由基底引起的系统不均匀性。为了本发明的目的，可以通过由外侧或内侧磁体回路限定的线来选择区域16、17的边界。

已经示出的是，利用如上面描述的包括静态磁体系统的处理系统，能够在用于SiO₂目标的6”晶圆的同等基底区域上实现小于1%的涂覆均匀性，基底在连续旋转的转台上呈静态。在同等条件下对于Nb₂O₅已经实现了1.3%的均匀性，并且对于SiN已经实现了2.3%的均匀性。

当利用基底旋转机构使得基底旋转时能够实现甚至更好的性能。对于甚至比6”更大的区域能够实现在1%之下的性能。

Claims

1.一种真空处理设备，包括：

真空处理容器（12），所述真空处理容器在所述容器（12）的内部（i）和外部（e）之间具有至少一个可密封的圆形开口（13），所述容器容纳转台（1），所述转台：

- 沿着其工作台表面限定平面（P）；

- 能够围绕垂直于平面（P）的中心轴线（B）驱动地旋转；

- 并且展现出多个圆形基底支撑件（2-9）；

所述至少一个开口（13）被设置成使得在所述转台（1）的转动期间所述基底支撑件（2-9）的每一个的区域和所述开口（13）完全对准并且完全面向彼此；

PVD沉积源（14），所述PVD沉积源附接至所述至少一个开口（13），

- 所述PVD源至少展现出圆形材料目标（15）和静态磁体装置（11），所述磁体装置（11）：

+ 设置在平行于平面（P）的平面（M）中；以及

+ 没有围绕居中通过所述磁体结构延伸并且垂直于所述平面（M）的中心轴线（C）旋转对称；

其中，所述磁体系统（11）包括磁体的两个闭合回路，每个回路具有相同的极性并且在两个回路之间具有相对的极性，一个回路环绕另一个回路并且两者均环绕中心轴线（C）从而形成外回路和内回路，其中，磁体的两个回路围绕平面（M）中的任意对称轴线（A）非对称。

2.根据权利要求1所述的真空处理设备，其中，由磁体系统（11）界定的区域能够沿着与轴线（C）垂直相交的平面（M）中的线条（K）分割成远离转台中心定向的区域（16）和朝向转台中心的区域（17），以及其中，有效的是区域（16）大于区域（17）。

3.根据权利要求1所述的真空处理设备，其中，所述磁体装置（11）围绕所述平面（M）中的对称轴线（A）对称。

4.根据权利要求1或2之一所述的真空处理设备，其中，无需筛网、成形器或者遮蔽物来改进PVD沉积源（14）的沉积均匀性。

5.根据权利要求3所述的真空处理设备，其中，所述轴线（A）与转台的中心轴线（B）相交。

6.根据权利要求1至3之一所述的真空处理设备，其中，所述磁体系统（11）的每个回路包括至少4个区段，其中，两个区段形成直线以及两个区段形成圆弧。

7.根据权利要求1或2之一所述的真空处理设备，其中，所述磁体系统（11）的每个回路包括至少4个区段，其中，两个区段形成围绕磁体装置的中心轴线（C）的圆弧，以及在圆弧区段的相对端部的第一对之间的一个区段包括或形成直线，以及在圆弧区段的相对端部的第二对之间的一个区段包括或形成朝向或围绕磁体装置的中心轴线（C）向内定界的线条。

8.根据权利要求7所述的真空处理设备，其中，一个圆弧区段形成参照所述转台的中心轴线（B）的所述磁体系统的最内侧区段，以及一个圆弧区段形成参照所述转台的中心轴线（B）的所述磁体系统的最外侧区段。

9.根据权利要求8所述的真空处理设备，其中，参照与转台的中心轴线（B）相交的对称轴线（A），至少一个圆弧区段是对称的。

10.一种用于在根据权利要求1至9中任一项所述的真空处理设备中处理基底的方法，所述方法包括：将至少一个基底装载至所述真空处理设备中置于所述基底支撑件（2-9）的至少一个上，并且至少当将沉积材料从PVD源（14）溅射至所述至少一个基底上时以连续、不间断移动的方式使转台围绕其中心轴线（B）旋转。