[发明专利]用于薄膜沉积的方法和吸气装置

说明书

本发明涉及提高在基体上沉积薄膜过程中的产率的方法以及实施所述方法的吸气装置。

在基体上沉积薄膜的方法在各个工业领域得到广泛应用。例如，以所述这些方法为基础的有：集成电路(在该领域也称为IC)的生产；用于储存信息的载体，如CD(其中，薄铝层沉积在透明塑料基体上)或者计算机硬盘(其中，磁性材料沉积在载体，一般是铝载体上)的生产；平面显示器的生产；最后，薄膜沉积方法在微机械装置的开发领域得到应用，所述微机械装置采用与在IC制造中使用的相当类似的技术进行制造。

主要的工业薄膜沉积方法是蒸汽相的化学沉积和蒸汽相的物理沉积，在该领域，所述这两类沉积方法分别通称为“化学气相沉积”和“物理气相沉积”或者缩写为“CVD”和“PVD”。

在CVD方法中，两种或多种气态物质在放置有基体的真空室中发生反应；在反应中，形成的固态产物以薄膜形式沉积在基体上。真空室必须加以排空的压力在各种CVD方法中可有显著不同；其中一些方法(定义为低压或超高真空型)可能要求将真空室初始排空至10^-8-10^-9毫巴的压力；下文中，CVD方法的含义始终指的是后面提及的这些方法。

至于缩写名PVD，实际上指的是一系列可能的选择性的技术，然而，所有这些技术均具有下述共同特征：

—为获得所述薄膜，使用由打算加以沉积的材料制成的靶材，所述靶材一般呈短圆柱形状，其在真空室中位于基体前面并且与之平行；

—首先将真空室排空，而且，之后，在10^-2-10^-5毫巴的压力下将其充满惰性气体，一般为氩；通过在基体载体与靶材载体之间施加几千伏的电势差(这样靶具有阴极电势)，在基体与靶材之间的空间就产生由电子和离子Ar⁺构成的等离子体；这些离子在电场作用下向靶材加速运动，从而导致靶材发生冲击腐蚀；由靶材冲蚀产生的物质(一般为原子或原子“团簇”)将会沉积在基体(以及其它可达到的表面上)，形成所述薄膜。

每种方式可以包括若干薄膜沉积步骤，而且，还存在既包括CVD步骤，也包括PVD步骤的混合方法。

已知薄膜装置的性能，尤其是在IC领域，与沉积膜内的缺陷的存在密切相关。这些缺陷主要归因于与形成所述薄膜的物质不同的化学物质原子的存在。因此，必须通过使用纯度尽可能高的反应物(CVD时为反应性气体，PVD时为靶材)以及确保处理室所有表面和处理气氛尽可能纯洁，来将在所述方法的所有步骤中可能的污染源减至最少。

另外，即使能够同时在几个基体上进行沉积(CVD和PVD时均如此)，工业趋势发展的方向的是能够对沉积特性加以更好地控制的只有一个基体的方法。

为了满足上述要求，薄膜的沉积过程在包括至少一个工艺室，但一般为多个工艺室的系统中进行，其中每个工艺室用于进行特定操作；例如，有其中实施所述沉积步骤的实际处理室，或者用于例如在沉积之前对基体进行清洁或加热的调整室。下文中，所述处理和调整室一般均表示为处理室。当存在几个处理室时，这些处理室可以排列成一条线，相互间直接连在一起；另一种方法是，这些处理室可以围绕一个中央传递室分布。每个处理室通过阀门与相邻的处理室相连，所述阀门通常处于闭合状态，仅仅在所述方法的各步骤中打开，以使基体从一个室转换到另一个室。

为了保证清洁程序尽可能高，一般所有处理室均保持在真空状态下，而沉积室中的真空状态则最高。基体通过自动装置，一般是机械手，从一个处理室运送至后续的处理室。在处理系统(为包括围绕传递室分布的处理室的类型)的一个简单操作实例中，将基体送入第一个室位于具有适当形状的箱体的内部，所述箱体的内壁带有凸起(tang)，其目的是保持基体相互分离，以使自动处理操作简化。使所述第一室的真空度为约10^-5-10^-6毫巴，而且，第一个阀门打开，以使该室与传递室连通；机械手从箱体中取出基体并将其送至传递室，传递室的压力低于该第一室，一般约10^-7毫巴，第一个阀门关闭；然后，将第二个阀门打开，以使传递室与处理室连通，将基体置于待发生沉积的位置，并且，通过关闭第二个阀门将所述处理室闭合。当薄膜沉积完成时，基体然后可以再次借助机械手和通过传递室送至系统的外面或系统中的其它室。