专利名称：特征在于锥形沉积室中密度优化的hula衬底支架的剥离沉积系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及半导体处理和光学涂层。具体地，本发明涉及衬底上的物理气相沉积。2.现有技术电子束蒸发通常用于在已知为镀金属的过程中向晶片涂覆薄金属层。通常，在典型的硅晶片制造中，金属层沉积之后进行蚀刻以形成集成电路的电路迹线。对于高频率集成电路，砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)和二者之间的多种合金及类似的电光材料现在通常用作衬底。然而，一些金属在其表面上形成表皮氧化物，这在本领域称为“表皮效应”。在使用高频率功率的电路中，这是问题所在。这对于蜂窝装置中使用的IC芯片尤为重要，因为表皮效应增大功耗。金经常用作集成电路导体，因为，作为钝态金属，金将不形成表皮氧化物。遗憾的是，金的使用引起其它问题。当用作衬底的材料为不同于硅的材料如先前提及的砷化镓时， 这些问题出现。对于将金层直接沉积在GaAs衬底上，有两个问题。首先，金将浸入衬底内。 其次，金将不能足够地直接附着到衬底上。因此，为防止金浸入衬底内，钯或钼的扩散屏障将金与GaAs分开。另外，钛或铬的粘附层在衬底和扩散屏障之间沉积在GaAs衬底上以使金和扩散屏障粘附到衬底上。这些屏障和粘附层通常必须非常薄且非常均勻。与硅衬底上的金电路迹线不同，在典型的蚀刻过程中金电路迹线不能从GaAs衬底进行蚀刻，因为蚀刻剂将消除粘附层和扩散屏障，因而使电路迹线脱离衬底。这无疑是不合需要的结果。因此，如本领域众所周知的，金电路迹线通常根据“剥离”工艺进行制造。为使用该工艺，将要沉积的金属源必须实现相对于衬底表面尽可能接近90度的轨迹。这被称为正交沉积，及因而产生的最佳涂层称为“剥离”涂层或零阶覆盖。在剥离过程中通常使用的物理气相沉积方法为电子束蒸发。在多个晶片必须由单一源精确涂覆的实践应用中，这需要复杂的、针对特定功率水平和材料具有特定设置的机器。这些复杂系统的例子已公开。美国专利申请2003/0180462 (2003, Chang等)公开了一种行星式剥离气相沉积系统。该系统包括安装在具有平坦顶壁和平坦底壁的正方形或长方形真空室中的多个穹顶。 多个穹顶绕源中心线轴及绕另一第二旋转轴旋转以确保均勻涂覆目标晶片及相较于单穹顶系统使用更大百分比的源蒸发的材料。该系统构造成不使用均勻性掩模即可产生正交剥罔涂层οChang等的系统的优点在于在行星式结构中使用多个穹顶以实现对过程变化如蒸发物材料、功率水平、束位置等不太敏感的方法，同时不使用均勻性掩模。尽管Chang的装置在收集效率方面相较单穹顶系统有一些改善，但Chang等的系统的缺点在于在不同于目标晶片的表面上仍有蒸发物材料的浪费。
美国专利3，858，547(1975, Bergfelt)公开了一种具有可调节的旋转系统的涂布机。该涂布机包括具有平坦顶壁和平坦底壁的圆柱形真空室。其中包括至少一涂层源。涂层源位于安排成12英寸圆圈的电阻加热船中。多个转轴组件安装在该室中，每一转轴组件具有可旋转的转轴。衬底架由每一转轴携载并适于以下述方式携载衬底其适于从涂层源接收涂层材料。提供使转轴组件绕源旋转及使转轴在绕源旋转的同时绕其自己的轴旋转的装置。另外，提供使能调节转轴组件与绕源旋转的中心的间距的装置。此外，提供使能调节转轴相对于涂层源的角度的装置，从而调节蒸气涂覆流相对于转轴携载的衬底的入射角。Bergfelt装置的缺点在于转轴组件必须根据涂层源船位于12英寸圆圈中的哪里进行调节。由于需要另外的设置时间，这降低了晶片数量的产量。尽管Bergfelt装置相较单穹顶系统提供提高的效率，在转轴组件的不同于目标晶片的表面上仍存在蒸发物材料的浪费。美国专利3，643，625(1972，Mahl)公开了一种具有支架和多个托架的薄膜沉积装置。每一托架具有呈球体的一部分表面的构造的表面。提供用于以下述方式将托架可旋转地安装在支架上的结构托架的表面位于共同球体的表面上。提供驱动机构以使支架在相对于托架居中定位的轴上旋转及使托架相对于支架绕其自己的旋转轴旋转。材料源看上去大约定位在球体表面上或更远离托架。Mahl装置的缺点在于将材料源定位在球体表面上或更远离球体表面需要大得多的真空室。通过使用更大的真空沉积室，更大量的暴露表面区域可用于接收未沉积在预计接收薄膜涂层的表面上的蒸发源材料。此外，晶片不与蒸发物源正交，因而对于与“剥离”过程一起使用，其不能接受。因此，需要一种能够进行剥离应用所必需的正交沉积的电子束涂布机，其对过程变化如蒸发物材料、功率水平、束位置等不太敏感。还需要一种更有效率的电子束涂布机。
发明内容
本发明的装置和方法在短时间段内在大量晶片上沉积均勻的“剥离”涂层。相较于现有的气相沉积装置和方法，本发明装置和方法使用更大百分比的蒸发材料，当蒸发不同的材料时不需要改变任何组件，及可靠和一致地沉积更均勻和精细的涂层。本发明在通过创新技术的独特组合获得的剥离处理中提供进步潜力，前述创新技术包括优化常规单旋转轴穹顶的收集效率以获得使用单均勻性掩模(对于单沉积材料) 或多个掩模(对于多层材料)可实现的最高运行效率，通过对先进的HULA (高均勻性剥离组件)衬底架应用相同的组装密度原理而使这些效率改善成倍增加，及用锥形室代替常规盒形沉积室。从盒形沉积室到锥形室的转变预示巨大的泵浦优势，因为表面积和体积减小。 在锥形室中采用超有效率的穹顶或先进的HULA衬底架产生一套独特的综合技术创新。该套独特的综合技术创新表明锥形室将产生高达约50%的泵浦效率提高，及锥形室加先进的 HULA的使用提供近40%的产量提高。收集效率意为沉积在晶片上的蒸发材料的百分比。对于单旋转轴衬底架或穹顶， 收集效率由过程需要的均勻性掩模、穹顶的直径、穹顶上的衬底的组装密度、及蒸发物团的形状和球形穹顶之间的匹配确定。蒸发材料呈直线从源朝向衬底架穹顶保持的晶片行进。然而，蒸发物矢量场或蒸
5气团并不均勻。如果穹顶及其包含的晶片固定不动，则该团的变化将导致晶片上极不均勻的涂层分布。穹顶绕源中心线旋转使出现在中心线周围的环形通路中的变化平均，从而大大降低该团的不均勻性。然而，即使穹顶旋转，仍保留可观的源不均勻。涂层厚度在源中心线附近最大，及随着晶片与源中心线的距离增加而减小。为减小沉积在最靠近源中心线处的涂层的厚度，在源和穹顶之间安装其宽度随着半径增加逐渐变细的静止均勻性掩模。随着穹顶旋转，相较远离中心线的地方，均勻性掩模在中心线附近阻挡更大部分的蒸气。独特的均勻性掩模必须针对蒸发物材料及明显影响蒸气团形状的其它蒸发条件进行定制调整。 当设计好的均勻性掩模增加到系统时，均勻性掩模使总涂层均勻性在可接受的限度内。遗憾的是，该掩模在穹顶外排晶片的最远边缘处必然将平均涂层厚度限为无掩蔽沉积实现的最低水平。优化掩模收集和穹顶收集之间的权衡对于总收集效率而言必不可少。优化该权衡的关键在于确定掩模收集开始超越穹顶收集时的穹顶直径。下面的方程式数学地表示该权衡。
权利要求
1.一种使用剥离工艺通过蒸发将材料沉积在衬底上的设备，所述设备包括锥形外壳，该锥形外壳具有圆顶、底部开口和从圆顶朝向底部开口收敛的侧壁；蒸发源，该蒸发源邻近所述底部开口定位并与延伸通过圆顶的中心点的第一轴对准；位于蒸发源上方并邻近圆顶的中央穹顶状件，该中央穹顶状件具有与第一轴对准的中心点，其中该中央穹顶状件绕中心点旋转；一个或多个轨道穹顶状件，所述轨道穹顶状件位于蒸发源上方并邻近圆顶且处于距圆顶中心点恒定半径处，其中一个或多个穹顶状件绕第一轴旋转，及其中每一轨道穹顶状件同时绕延伸通过该轨道穹顶状件的中心点的第二轴旋转，一个或多个轨道穹顶状件的直径和凹面均与中央穹顶状件相等；位于蒸发源和中央穹顶状件之间的均勻性掩模，该均勻性掩模操作上保证仅与中央穹顶状件一起使用；及一个或多个晶片接收位置，位于一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件中的每一个内，用于在其中接收晶片。
2.根据权利要求1的设备，其中一个或多个晶片接收位置与蒸发源正交。
3.根据权利要求1的设备，还包括定位一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件并使其绕第一轴旋转的支撑结构。
4.根据权利要求3的设备，其中所述支撑结构定位一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件，其中由一个或多个轨道穹顶状件和中央穹顶状件形成的弧线与其中心在第一轴上且位于蒸发源处的球体的圆周一致。
5.根据权利要求3的设备，其中所述支撑结构包括使一个或多个轨道穹顶状件绕其各自的第二轴旋转的驱动系统。
6.根据权利要求1的设备，其中一个或多个轨道穹顶状件等于六个轨道穹顶状件。
7.一种使用剥离工艺的气相沉积装置，该装置包括蒸发源；安装成绕通过蒸发源的第一轴旋转的空间框架；安装到所述空间框架上的中央穹顶状晶片支架，其中中央穹顶状晶片支架的中心点与所述第一轴对准；安装到所述空间框架上的轨道穹顶状晶片支架，轨道穹顶状晶片支架处于偏离第一轴的位置并可绕通过该轨道穹顶状晶片支架的中心点和蒸发源的第二轴旋转；及中央穹顶状晶片支架和轨道穹顶状晶片支架上的多个晶片位置，其中每一晶片位置均偏离第一轴和第二轴，多个晶片位置中的每一个构造成将安装于其中的晶片的衬底表面定向成在绕第一轴和第二轴旋转期间与从晶片位置延伸到蒸发源的径向轴正交。
8.根据权利要求7的装置，还包括具有圆顶、底部开口和从圆顶朝向底部开口收敛的侧壁的锥形外壳，该锥形外壳包围邻近底部开口的蒸发源和邻近圆顶的空间框架、中央穹顶状晶片支架及轨道穹顶状晶片支架。
9.根据权利要求7的装置，其中所述空间框架包括使中央穹顶状晶片支架和轨道穹顶状晶片支架绕第一轴及使轨道穹顶状晶片支架绕第二轴旋转的驱动系统。
10.根据权利要求7的装置，其中所述中央穹顶状晶片支架和轨道穹顶状晶片支架关于蒸发源具有恒定的半径。
11.根据权利要求7的装置，其中多个晶片位置中的每一个为晶片接收开口。
12.一种使用剥离工艺的气相沉积装置，包括蒸发源；用于定位一个或多个晶片的中央装置，其中一个或多个晶片中的每一个的中心与蒸发源等距，用于定位的装置使一个或多个晶片绕通过蒸发源的第一轴旋转；用于定位一个或多个晶片且偏离所述中央装置的轨道装置，其中用于定位的轨道装置的一个或多个晶片中的每一个的中心与蒸发源等距，用于定位的轨道装置使一个或多个晶片绕通过蒸发源的第二轴旋转；及用于使所述中央装置和所述轨道装置绕第一轴旋转及使所述轨道装置绕第二轴旋转的装置。
13.根据权利要求12的装置，其中用于定位的中央装置、用于定位的轨道装置和用于旋转的装置使一个或多个晶片同时绕第一轴和第二轴旋转。
14.根据权利要求12的装置，还包括具有圆顶、底部开口和从圆顶朝向底部开口收敛的侧壁的锥形外壳，该锥形外壳包围邻近底部开口的蒸发源和邻近圆顶的用于定位的中央装置、用于定位的轨道装置及用于旋转的装置。
15.根据权利要求12的装置，其中所述轨道装置包括六个轨道穹顶状件。
16.根据权利要求12的装置，其中所述中央装置包括一个中央穹顶状件。
17.在晶片上有效率地产生剥离涂层的方法，该方法包括蒸发来自一源的材料；使与所述源隔开的中央穹顶状件绕通过中央穹顶状件的中心和所述源的第一轴旋转， 所述中央穹顶状件具有安装于其上并偏离第一轴的晶片并具有与所述源正交的表面；及使偏离中央穹顶状件的轨道穹顶状件绕第一轴旋转及使轨道穹顶状件绕通过该轨道穹顶状件的中心和所述源的第二轴旋转，所述轨道穹顶状件具有安装于其上并偏离第二轴的晶片并具有与所述源正交的表面，其中所述中央穹顶状件和所述轨道穹顶状件与球心在第一轴上并位于所述源处的球体的圆周一致。
18.根据权利要求17的方法，其中使中央穹顶状件和轨道穹顶状件绕第一轴旋转及使轨道穹顶状件绕第二轴旋转同时发生。
19.根据权利要求17的方法，还包括执行步骤蒸发材料，在具有圆顶、底部开口和从圆顶朝向底部开口收敛的侧壁的锥形外壳内旋转中央穹顶状件和旋转轨道穹顶状件，其中材料的蒸发邻近底部开口进行，中央穹顶状件和轨道穹顶状件的旋转邻近圆顶进行。
全文摘要
本发明公开了一种使用剥离工艺的气相沉积装置，该装置包括蒸发源；安装成绕通过蒸发源的第一轴旋转的空间框架；安装到所述空间框架上的中央穹顶状晶片支架，其中中央穹顶状晶片支架的中心点与所述第一轴对准；安装到所述空间框架上的轨道穹顶状晶片支架，轨道穹顶状晶片支架处于偏离第一轴的位置并可绕通过该轨道穹顶状晶片支架的中心点和蒸发源的第二轴旋转；及中央穹顶状晶片支架和轨道穹顶状晶片支架上的多个晶片位置，其中每一晶片位置均偏离第一轴和第二轴，多个晶片位置中的每一个构造成将安装于其中的晶片的衬底表面定向成在绕第一轴和第二轴旋转期间与从晶片位置延伸到蒸发源的径向轴正交。
文档编号C23C14/00GK102405302SQ201080016830
公开日2012年4月4日 申请日期2010年4月22日 优先权日2009年4月28日
发明者G·华莱士, P·常 申请人:磁性流体技术(美国)公司