[发明专利]磁控溅射腔室及托盘位置误差检测方法

说明书

一种磁控溅射腔室以及通过该磁控溅射腔室实现的托盘位置误差检测方法。磁控溅射腔室、设置于腔体内的基座、旋转轴、传输臂、托盘和检测传感器，以基座所在平面为投影面，预设旋转轴和基座的中心在投影面上的连线为l_o，预设传输臂与l_o重合时的位置为第一极限位置，预设在第二极限位置时传输臂与l_o的夹角为Ф；检测传感器与旋转轴的距离L满足以下关系式：R‑rLR+r；检测传感器和旋转轴的连线l_e与l_o之间的夹角θ满足以下关系式：0θФ；且检测传感器与基座中心的距离大于r，且其与传输臂位于第二极限位置时托盘中心的距离大于r。本发明通过在本发明设定的位置设置一组检测传感器，即可实现托盘位置误差的准确检测。

技术领域

本发明涉及半导体制造设备领域，具体涉及一种磁控溅射腔室以及通过该磁控溅射腔室实现的托盘位置误差检测方法。

背景技术

溅射是指荷能粒子(例如氩离子)轰击固体表面，引起表面各种粒子，例如原子、分子或团束从该物体表面逸出的现象。在磁控溅射装置中，等离子体产生于腔室中，等离子体的正离子被阴极负电所吸引，轰击腔室中的靶材，撞出靶材的原子，并沉积到衬底上。在非反应溅射的情况下，气体是惰性气体，例如氩气。在反应溅射中，则同时使用反应气体和惰性气体。磁控溅射设备广泛的应用于集成电路、液晶显示器、薄膜太阳能及其LED领域。

为了改善溅射的效果，在靶材附近使用磁铁，以迫使等离子中的电子按照一定的轨道运动，增加了电子的运动时间，从而增加了电子和要电离的气体的碰撞机会，从而得到高密度的等离子体，提供高的沉积速率。但是磁铁所控制的电子的轨道会影响不同位置的靶材的侵蚀速率，影响靶材的寿命，还会影响薄膜的沉积的均匀性。

典型的磁控溅射设备如图1所示。溅射腔室101包括腔室主体102和工艺组件108，绝缘材料104(例如G10)和被溅射的靶材103之间充满了用于冷却靶材的去离子水107，磁控管106在电机105的驱动下绕中心轴旋转，基座109用于承载晶片，真空系统110用于在溅射腔室内产生真空。

在磁控溅射设备中，金属靶材的纯度很高，在不进行工艺的时间内非常容易被氧化从而导致工艺结果不良，因此需要在工艺间歇过程定期将金属靶材表面的氧化物去除。现有技术主要采用溅射方法去除靶材表面的氧化物。通过溅射方法去除的氧化物会在重力作用下掉落到溅射腔室底部。如果氧化物掉落到承载晶片的基座109上，将导致基座109因为沉积上金属而无法使用。因此在去除靶材表面氧化物的过程中，需要在承载晶片的基座109上设置遮挡物，避免基座109的上表面被氧化物污染。

图2显示了一种现有的磁控溅射设备的遮挡状态示意图，该磁控溅射设备能够阻挡靶材氧化物掉落到基座上。如图2所示，磁控溅射设备包括基座升降电机204、托盘旋转电机208和支撑针升降电机206，分别用于驱动基座升降机构205、托盘旋转机构209和支撑针升降机构207。通过托盘旋转电机208驱动托盘旋转机构209，使传输臂211及其上的托盘210旋转到基座202上方，然后通过支撑针升降电机206驱动支撑针升降机构207将支撑针203升起，托住托盘210，托盘210遮挡基座202，从而保证在去除靶材201表面氧化物的工艺过程中，氧化物掉落在托盘210上，起到保护基座202的上表面的作用。

待去除过程结束后。支撑针升降电机206驱动支撑针升降机构下降，支撑针203下降，托盘210坐落在传输臂211上，然后托盘旋转电机208驱动托盘旋转机构209，使传输臂211及其上的托盘210一起回到图3所示的未遮挡位置，此时托盘210位于与溅射腔室连通的车库内。

为了检测托盘210是否由传输臂211带动旋转到未遮挡位置，在溅射腔室内设置两个传感器，分别为内侧传感器213和外侧传感器214(如图4所示)，每个传感器均为对射型传感器，包含一个光束发送端和一个光束接收端，当光束发送端和光束接收端之间存在障碍物时，光束被遮挡，光束接收端无法接收到光束，传感器的信号发生变化，即可检测光束发送端和光束接收端之间是否存在障碍物。