專利名稱：基片定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及材料淀積工藝，尤其是涉及用于將材料淀積于基片上定位裝置。
相關(guān)技術(shù)討論半導(dǎo)體裝置部分是通過將不同材料淀積于一基片上而形成的。汽相淀積是眾所周知的一種將材料淀積于基片上的工藝。為了進(jìn)行汽相淀積，將基片安裝于真空室中的一定位裝置上。將待淀積材料置于真空室中的一支架上?；紫缺患訜幔缓笫蛊錈o源冷卻。在基片冷卻后，將待淀積材料加熱到足以使其汽化的高溫。汽化后的材料被吸到冷的基片上，在基片上形成一個(gè)涂層。在將基片拆離定位裝置之前再次使其無源冷卻。整個(gè)汽相淀積過程，包括無源冷卻所需的時(shí)間，可能要花幾個(gè)小時(shí)。
然而，現(xiàn)有的汽相淀積工藝可能產(chǎn)生特性不一的涂層。不一致的特性通常是因在基片表面區(qū)域上的材料的淀積不均勻而造成的。例如，不均勻性可包括，淀積材料在整個(gè)基片上的厚度和密度不均勻。不均勻性可發(fā)生在一個(gè)組塊內(nèi)的不同的基片之間，以及單塊基片的不同區(qū)域之間。不均勻性對于將材料在大表面積的基片上淀積來說尤為棘手。例如，這種厚度和密度的不均勻性所造成的不一致的特性，對汽相淀積的金屬、半導(dǎo)體或絕緣材料來說可包括不一致的電子特性，對汽相淀積的諸如硒之類的輻射敏感材料來說可包括不一致的輻射敏感性特性，對汽相淀積的性能特性很容易隨溫度而變的材料來說包括不一致的熱特性。
汽相淀積材料的厚度和密度的不均勻性的起因可以是基片定位裝置的變形和汽相淀積工藝過程中的溫度控制不夠。定位裝置的變形可以是因剛性連接于一起而形成定位裝置的構(gòu)件具有不同的熱膨脹系數(shù)而造成的。在前后兩個(gè)汽相淀積過程之間進(jìn)行高溫升華來清潔定位裝置，這所導(dǎo)致的溫度梯度可造成不同的熱膨脹，導(dǎo)致定位裝置構(gòu)件的變形。定位裝置的變形可造成定位裝置與基片之間熱接觸的不均勻，導(dǎo)致淀積在基片上的材料的厚度和密度的不均勻性。
在汽相淀積工藝過程中對基片溫度控制不夠也可導(dǎo)致淀積材料的厚度和密度不均勻。更具體地說，沿基片表面的溫度變化可使基片不同區(qū)域內(nèi)的材料的淀積有差異。在不同汽相淀積過程中的溫度變動(dòng)可使同一組塊內(nèi)的不同基片之間的淀積有差異。而且，溫度變化可影響汽相淀積材料的性能特性。例如，諸如硒之類的輻射敏感材料，其敏感特性可以作為施加于材料上的熔化溫度的函數(shù)而變化。不準(zhǔn)確的溫度控制可造成溫度偏離于合適的熔化溫度窗口，導(dǎo)致不一致的敏感性特性。
發(fā)明概要鑒于使用現(xiàn)有的諸如汽相淀積之類的淀積工藝進(jìn)行材料淀積可能造成不一致的特性，本發(fā)明旨在一種基片定位裝置和實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的淀積工藝的方法。在一實(shí)施例中，本發(fā)明的定位裝置和方法采用一種在淀積工藝過程中有源加熱和冷卻基片的裝置，以加強(qiáng)單塊基片上和不同基片之間的溫度控制，并響應(yīng)溫度變化而實(shí)現(xiàn)快速的溫度調(diào)節(jié)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明的定位裝置和方法所提供的有源冷卻可加速整個(gè)淀積過程。該定位裝置和方法還采用一種減小定位裝置在淀積過程中因熱梯度而變形的定位裝置結(jié)構(gòu)。通過減小定位裝置對變形的敏感性和改善溫度控制，本發(fā)明的定位裝置和方法能使材料的淀積具有更一致的特性。
在第一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種在將材料淀積于基片上的過程中使用的定位裝置，該定位裝置包括一第一板；一在將材料淀積于基片上的過程中支承基片的第二板，基片支承于該第二板與第一板相對的一側(cè)上；多個(gè)設(shè)置于第一板與第二板之間的熱電裝置，這些熱電裝置同時(shí)與第一板和第二板保持熱聯(lián)系；以及一控制各熱電裝置在材料淀積于基片上的過程中產(chǎn)生足以基本保持所需基片溫度的熱能的裝置，其中，一部分熱能通過第二板傳遞到基片，一部分熱能通過第一板傳遞離開熱電裝置。
在第二實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種將材料淀積于基片上的方法，該方法包括提供一第一板和一第二板；在第一板和第二板之間提供多個(gè)熱電裝置，這些熱電裝置與第一板和第二板保持熱聯(lián)系；將基片設(shè)置在第二板與第一板相對的表面上；將材料淀積于基片上；以及控制各熱電裝置在材料淀積于基片上的過程中產(chǎn)生足以基本保持所需基片溫度的熱能，其中，熱能通過第二板傳遞到基片，熱能通過第一板傳遞離開熱電裝置。
在第三實(shí)施例中，本發(fā)明提供一在將材料淀積于基片上的過程中支承基片的定位裝置，該定位裝置包括一第一板；一在將材料淀積于基片上的過程中支承基片的第二板，基片支承于該第二板與第一板相對的一側(cè)上；一鄰接于第二板并與第一板相對而設(shè)置的第三板，該第三板具有一接納基片的第一孔；以及一鄰接于第三板并與第二板相對而設(shè)置的第四板，該第四板具有一暴露基片以便淀積材料的第二孔，其中，第四板遮住一部分基片以防被淀積，并保持基片抵靠于第二板。
本發(fā)明的定位裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分地被闡明，并可部分地通過該描述而趨明了，也可以通過本發(fā)明的實(shí)施而得到理解。本發(fā)明的裝置和方法的優(yōu)點(diǎn)將通過書面的描述和權(quán)利要求以及附圖中具體表明的裝置而得以實(shí)現(xiàn)和完成。然而，應(yīng)予理解的是，前面的大致描述和后面的詳細(xì)描述都僅僅是示例性的和說明性的，而不對請求保護(hù)的本發(fā)明有所限制。
附圖簡述

圖1是按照本發(fā)明的用于將材料淀積于基片上的定位裝置的立體分解圖；圖2是按照本發(fā)明的圖1所示的定位裝置的一部分的立體分解圖，其中進(jìn)一步示出了一溫度控制裝置；圖3是按照本發(fā)明的用于控制圖2所示的溫度控制裝置的一示例系統(tǒng)的功能方框圖；圖4是按照本發(fā)明的圖2所示的定位裝置的一部分的側(cè)視分解圖，它經(jīng)過改動(dòng)后而具有一相變材料；圖5是按照本發(fā)明的圖2所示的定位裝置的一部分的立體分解圖，它經(jīng)過改動(dòng)后而具有一液體冷卻系統(tǒng)。
較佳實(shí)施例詳述圖1是按照本發(fā)明的用于將材料淀積于基片上的定位裝置10的立體分解圖。如圖1所示，定位裝置10具有一第一板12、一鄰接于第一板而設(shè)置的第二板14、一鄰接于第二板并與第一板相對而設(shè)置的第三板16和一鄰接于第三板并與第二板相對而設(shè)置的第四板18。整個(gè)定位裝置10可以安裝在真空室內(nèi)的一支承臺(未示出)上。
第三板16形成一用于接納基片22的第一孔20。第一孔20用于使基片22定位于定位裝置10內(nèi)?；?2安裝在第一孔20內(nèi)，并由第二板14支承。第四板18具有一第二孔24，該孔使基片22的一部分暴露用于通過例如汽相淀積來進(jìn)行材料的淀積。第二孔24的尺寸小于基片22。因此，第四板18遮住一小部分基片22以防受淀積，并用于保持基片抵靠第二板14。
進(jìn)一步如圖1所示，第三板16可以用例如多個(gè)分別設(shè)置在第三板和第二板上螺釘孔26、28安裝于第二板14。但是，第三板16最好用少量的螺釘安裝于第二板14，從而能快速拆卸第三板，以便在前后兩個(gè)淀積過程之間按需要進(jìn)行升華處理。第一和第二板12、14通過多個(gè)附加的螺釘孔(圖1中未示出)而安裝在一起。用來連接第一和第二板12、14以及第二和第三板14、16的螺釘可以具有彈簧墊片，以更易于吸收板12、14、16在淀積過程中的熱膨脹和收縮。
第一、第二和第三板12、14、16最好由同一種材料制成，諸如鋁。這樣，通過螺釘連接于一起的第一、第二和第三板12、14、16可具有相同的熱膨脹系數(shù)。因此，第一、第二和第三板12、14、16可一起膨脹和收縮，在淀積過程中不容易變形而造成不均勻性。
第四板18用于在將基片置于第三板16的孔20內(nèi)之后罩住和保持基片22。因此，第四板18可以與定位裝置10相分離，以便放置新的基片22?？梢栽趯⒒?2置于第一孔20內(nèi)后，用例如一凸輪脫扣器或彈簧加載機(jī)構(gòu)將第四板18的周邊可拆地夾持于定位裝置10。該凸輪脫扣器或彈簧加載機(jī)構(gòu)可以配置成提供一預(yù)定的加載力，以保持基片22抵靠第二板14。第四板18最好由剛性材料制成，諸如不銹鋼。第四板18設(shè)計(jì)成具有足夠的剛性來防止在加熱和冷卻過程中的變形。第四板18的剛性可起到更有效地將均勻的保持壓力傳遞到基片22上的作用。
第四板18的第二孔24框住基片22的成象區(qū)，用于淀積輻射敏感材料。第四板18基本上將第四板和定位裝置10之間的所有夾持力傳遞到基片22被遮的周邊上。第四板18的遮覆部分還用于在淀積工藝過程中將定位裝置10的內(nèi)部構(gòu)件也就是第一、第二和第三板12、14、16基本與淀積材料相隔離。這樣，第四板18可以是定位裝置10需要被分離和進(jìn)行升華以便在兩淀積過程之間除去淀積材料的僅有的構(gòu)件。但是，如果第三板16被淀積材料涂覆到的話，也可能需要在兩淀積過程之間卸下該第三板。
圖2是按照本發(fā)明的圖1所示的定位裝置的一部分的立體分解圖，其中進(jìn)一步示出了一溫度控制裝置。如圖2所示，第一板12與第二板14之間設(shè)置有多個(gè)熱電裝置30。例如，該熱電裝置30可安裝在第一板12上，并可以在第一板和第二板14的表面上布置成陣列的形式。熱電裝置30的兩相對的大表面分別與第一板12和第二板14保持熱聯(lián)系。因此，第一板12和第二板14將熱電裝置30夾在中間。在相鄰的熱電裝置30之間，第一板12與第二板14彼此互不接觸。而且，還有氣隙將第一板12與第二板14分開，防止第一和第二板之間產(chǎn)生熱短路。該氣隙的厚度與各熱電裝置30以及任何隨裝置一起安裝于第一板12上的導(dǎo)電涂膠或薄膜的厚度相當(dāng)。
第一板12、第二板14和熱電裝置30一起形成一有源加熱和冷卻裝置，用以控制輻射敏感材料淀積過程中的基片22溫度。第一和第二板12、14最好由鋁制成，但也可以由其它具有較高熱傳導(dǎo)性的材料制成。第一板12的厚度足以在基片冷卻階段中形成冷源，將熱電裝置30所產(chǎn)生的熱能傳遞離開第二板14、基片22和熱電裝置30。第二板14可用于在基片加熱階段中將熱能從熱電裝置30傳遞至基片22。第一板12和第二板14可以具有用螺釘將第一和第二板連接在一起的孔。圖2示出了形成于第一板12上的孔32。這些孔可以延伸通過第一板12的全部厚度，并延伸通過第二板14的部分厚度?？赡苄枰脧椈蓧|片與螺釘一起插入這些孔中，以更好地吸收第一板12和第二板14的熱膨脹和收縮。
熱電裝置30最好是珀?duì)柼?yīng)熱電裝置，它們在一起可起到熱泵的作用。市場上有的合適的珀?duì)柼?yīng)熱電裝置的一個(gè)例子是由加利福尼亞州SanRafael的Nova Technology生產(chǎn)的95/071/040型熱電裝置。正如技術(shù)上眾所周知的，每個(gè)熱電裝置30具有幾個(gè)金屬-半導(dǎo)體結(jié)。響應(yīng)于直流電流加到各熱電裝置30，熱能在一個(gè)結(jié)處產(chǎn)生，而在另一個(gè)結(jié)處被吸收。其結(jié)果是產(chǎn)生熱接和冷結(jié)。電流極性的逆轉(zhuǎn)使得諸結(jié)由熱轉(zhuǎn)冷和由冷轉(zhuǎn)熱。熱電裝置30配置成使得各結(jié)的一側(cè)鄰接于第一板12，而各結(jié)的另一側(cè)鄰接于第二板14。
珀?duì)柼?yīng)熱電裝置30對基片22的凈加熱或冷卻效應(yīng)與加在裝置上的電流的幅度和持續(xù)時(shí)間成正比。在加熱階段中，將極性選擇成加熱第二板14來施加電流，因而加熱基片22。當(dāng)需要冷卻基片22時(shí)，將施加于熱電裝置30上的電流的極性反過來。在該冷卻階段中，第一板12吸收熱電裝置30放出的熱能。第一板12將一部分熱能輻射到任何可安裝定位裝置10的支承臺上，并儲存其余的熱能。如果所施加的電流具有恒定的幅度，則可以將電流施加的持續(xù)時(shí)間選擇成能達(dá)到所需要的加熱效果?；蛘?，可以調(diào)節(jié)電流的持續(xù)時(shí)間和幅度來實(shí)現(xiàn)更快的反應(yīng)。
圖3是按照本發(fā)明的用于控制圖2所示的溫度控制裝置的一示例系統(tǒng)的功能方框圖。如圖3所示，系統(tǒng)36具有一通過線42與一交流電源40相連的直流電源38。如線46、48所表示的，可逆極性控制器44從直流電源38接收直流電能?？刂破?4進(jìn)行操作，響應(yīng)一溫度感應(yīng)裝置而控制施加于熱電裝置30上的電流的極性和持續(xù)時(shí)間。溫度感應(yīng)裝置至少感應(yīng)一個(gè)參數(shù)，該參數(shù)表示在將輻射敏感材料淀積于基片上的過程中基片22的溫度。
在圖3的實(shí)例中，感應(yīng)裝置包括一熱電偶50。該熱電偶50可以設(shè)置用來感應(yīng)能表示基片22溫度的一個(gè)溫度。例如，熱電偶50可以包括一安裝在第二板14或基片22的一非淀積區(qū)上的箔型熱電偶。熱電偶50產(chǎn)生能表示感應(yīng)到的溫度的輸出信號，并將該輸出信號傳送至控制器44，如線52所表示。響應(yīng)熱電偶50所產(chǎn)生的輸出信號，控制器44控制各熱電裝置30在將材料淀積于基片上的過程中產(chǎn)生足以基本保持所需基片溫度的熱能。
合適的控制器44的一個(gè)例子是明尼蘇達(dá)州Minneapolis的Cool Corporation生產(chǎn)的33-00型可編程可逆直流控制器?？刂破?4的程序設(shè)定成根據(jù)感應(yīng)溫度的上、下限，也就是從熱電偶50接收到的輸出信號，來打開和關(guān)閉熱電裝置30并轉(zhuǎn)換施加電流的極性。如圖3的實(shí)例中所示，安裝于第一板12上的熱電裝置30可包括一4×6的裝置陣列。該陣列各行中的六個(gè)熱電裝置30可以彼此串聯(lián)而形成裝置組54、56、58、60?？刂破?4具有輸出端62、64，它們在各熱電裝置30上施加電流。
在操作中，控制器44監(jiān)測熱電偶50所產(chǎn)生的輸出信號，以決定在淀積工藝的進(jìn)程中對于一個(gè)特定的溫度點(diǎn)來說，基片22的溫度是否在許可的溫度窗口內(nèi)。如果溫度參數(shù)降到溫度下限以下，控制器44則通過輸出端62、64，以所選擇極性的電流來驅(qū)動(dòng)熱電裝置30，將熱能從熱電裝置傳遞到第二板14和基片22。控制器44繼續(xù)用具有加熱極性的電流來驅(qū)動(dòng)熱電裝置，直到熱電偶50的輸出信號表明溫度參數(shù)已超過溫度上限為止。作為響應(yīng)，控制器44逆轉(zhuǎn)所施加的電流的極性，以有源冷卻基片22，將熱能從基片和第二板14傳遞到起冷源作用的第一板12。
控制器44在整個(gè)淀積過程中持續(xù)以上述方式進(jìn)行操作，考慮不同工藝階段的溫度窗口的變化。以上相對較為簡單地描述了控制器44使基片22保持所需溫度的方式。控制器44的操作可以很容易地改變成采用其它控制技術(shù)，諸如導(dǎo)數(shù)控制。將珀?duì)柼?yīng)熱電裝置30與控制器44一起使用來有源加熱和冷卻基片22，可實(shí)現(xiàn)基片溫度的迅速調(diào)節(jié)。有源地使基片22達(dá)到適當(dāng)溫度的能力能產(chǎn)生淀積材料所需的合適的熔化溫度，提供更為一致的特性。熱電裝置30和控制器44所提供的更快的反應(yīng)，可減少進(jìn)行全部淀積過程所需要的時(shí)間。
圖4是按照本發(fā)明的圖2所示的定位裝置10的一部分的側(cè)視分解圖，它經(jīng)過改動(dòng)后而具有一相變材料。為在淀積過程中保持更恒定的基片溫度，可能需要在冷源第一板12中加入更多的熱物質(zhì)。加入更多的熱物質(zhì)，可傳遞更多的熱量，因而可增加冷卻持續(xù)時(shí)間。圖4示出在第一板12上裝一相變材料囊66。該相變材料可增加第一板12的能量儲存能力，而不會顯著增大第一板的尺寸。例如，相變材料可包括低熔共晶鹽。在冷卻過程中，大量的熱能被用來使相變材料從固相轉(zhuǎn)變成液相，因而增大了第一板12的儲存能力。
圖5是按照本發(fā)明的圖2所示的定位裝置的一部分的立體分解圖，它經(jīng)過改動(dòng)后而具有一液體冷卻系統(tǒng)。使諸如水之類的液體通過第一板12可進(jìn)一步增強(qiáng)第一板的熱傳遞性能。圖5中所示的液體冷卻系統(tǒng)具有一入口集管68、多個(gè)流動(dòng)通道管70和一出口集管72，它們一體地形成于第一板12內(nèi)。在操作中，液體冷卻系統(tǒng)可以隨時(shí)打開，也可以在冷卻模式操作中由控制器44選擇性地啟動(dòng)。例如，啟動(dòng)與入口集管68和一冷卻液體源相連的一個(gè)泵，可以選擇性地啟動(dòng)液體冷卻系統(tǒng)。
以上描述了本發(fā)明的裝置和方法的示例性的實(shí)施例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在理解了本文所揭示的發(fā)明特征和實(shí)施后，很容易演繹出其它的優(yōu)點(diǎn)和變化。因此，這些說明和實(shí)例應(yīng)看作僅僅是示例性的，發(fā)明真正的范圍和精神由所附的權(quán)利要求書指明。
權(quán)利要求
1.一種在將材料淀積于基片上的過程中使用的定位裝置，該定位裝置包括一第一板；一在將材料淀積于基片上的過程中支承基片的第二板，基片支承于該第二板與第一板相對的一側(cè)上；多個(gè)設(shè)置于第一板與第二板之間的熱電裝置，這些熱電裝置同時(shí)與第一板和第二板保持熱聯(lián)系；以及一控制各熱電裝置在材料淀積于基片上的過程中產(chǎn)生足以基本保持所需基片溫度的熱能的裝置，其中，一部分熱能通過第二板傳遞到基片，一部分熱能通過第一板傳遞離開熱電裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于，它還包括一用于感應(yīng)至少一個(gè)能表示在將輻射敏感材料淀積于基片上的過程中基片溫度的參數(shù)的溫度感應(yīng)裝置，其中，控制裝置響應(yīng)感應(yīng)裝置所感應(yīng)到的參數(shù)而控制各熱電裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于，各熱電裝置是珀?duì)柼?yīng)熱電裝置，控制裝置控制施加于各珀?duì)柼?yīng)熱電裝置上的電流的極性來加熱和冷卻基片。
4.如權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于，熱電裝置在第一板和第二板一個(gè)表面上配置成一陣列。
5.如權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于，它還包括一鄰接于第二板并與第一板相對而設(shè)置的第三板，該第三板具有一接納基片的第一孔；以及一鄰接于第三板并與第二板相對而設(shè)置的第四板，該第四板具有一暴露基片以便進(jìn)行材料的淀積的第二孔，其中，第四板遮住一部分基片以防被淀積，并保持基片抵靠于第二板。
6.如權(quán)利要求5所述的定位裝置，其特征在于，第四板由不銹鋼構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求5所述的定位裝置，其特征在于，第四板和第二孔的尺寸制成使得第四板基本上將第一板、第二板和熱電裝置與材料相隔離。
8.如權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于，第一板具有一相變材料，該相變材料響應(yīng)于第一板所傳遞的熱量而變相，該相變材料可增強(qiáng)第一板的熱量傳遞。
9.如權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于，它還包括多個(gè)形成于第一板上的口和使液體通過這些口而增強(qiáng)第一板的熱量傳遞的裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于，感應(yīng)至少一個(gè)能表示基片溫度的參數(shù)的裝置具有一鄰接于第二溫度感應(yīng)裝置和基片中的一個(gè)而設(shè)置的溫度感應(yīng)裝置。
11.如權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于，這種材料是輻射敏感材料。
12.如權(quán)利要求11所述的定位裝置，其特征在于，該輻射敏感材料是硒。
13.如權(quán)利要求1所述的定位裝置，其特征在于，該定位裝置安裝于汽相淀積室內(nèi)，將材料汽相淀積于基片上。
全文摘要
一種定位裝置,它包括:一第一板(12);一在將材料淀積于基片(22)上的過程中支承基片的第二板(14),基片支承于該第二板與第一板相對的一側(cè)上;多個(gè)設(shè)置于第一板與第二板之間的熱電裝置(30),這些熱電裝置同時(shí)與第一板和第二板保持熱聯(lián)系;以及一控制各熱電裝置在材料淀積于基片上的過程中產(chǎn)生足以基本保持所需基片溫度的熱能的裝置,其中,一部分熱能通過第二板傳遞到基片,一部分熱能通過第一板傳遞離開熱電裝置。
文檔編號C23C14/50GK1195378SQ96196699
公開日1998年10月7日 申請日期1996年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月6日
發(fā)明者M·R·哈姆斯, R·J·福斯, J·L·特賴斯, T·D·尼文 申請人:美國3M公司