• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft Verfahren zum Ablagern piezoelektrischer dünner Schichten, wie beispielsweise als Teil eines Stapels beziehungsweise Schichtaufbaus, umfassend Ablagern einer piezoelektrischen Schicht, Messen der Dicke der Schicht und Ablagern einer weiteren dünnen Schicht oder Schichten, derart, dass die kombinierte Dicke im Wesentlichen gleich einer Zieldicke ist.
    公开号:DE102004014718A1
    申请号:DE200410014718
    申请日:2004-03-25
    公开日:2004-10-21
    发明作者:Mark Ashley Ford；Paul Rich
    申请人:Aviza Europe Ltd；
    IPC主号:H01L41-09
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablagern von piezoelektrischendünnen Schichten,beispielsweise zur Verwendung bei Herstellungsverfahren von mikroelektromechanischen Systemen(MEMS), und insbesondere HFMEMS-Vorrichtungen, wie beispielsweiseakustische Dünnschichtresonatoren,welche als Filter in drahtlosen und elektrischen Schaltungen verwendetwerden, wobei die Schichtdicke der Höhe des Schichtaufbaus die Betriebsparameterdes Systems oder der Vorrichtung beeinflusst. Akustische Resonatorenenthalten eine piezoelektrische Schicht und wenigstens eine untereElektrode, die zusammen eine charakteristische Resonanzfrequenz(welche einstellbar sein kann) bestimmen, wodurch die Resonatorenals Schmalbandfilter verwendbar sind. Die Erfindung betrifft imallgemeinen Mikrostrukturtechnologie-Vorrichtungen (MST – MicroStructure Technology), welche eine mechanische Resonanzstruktur,wie sie beispielsweise bei Tintenstrahlköpfen vorhanden ist, MEMS-Spiegel,Beschleunigungsmesser und Gyroskope sowie ähnliche Vorrichtungen aufweisen,die eine vibrierende beziehungsweise schwingende Komponente enthalten.
    [0002] BAW-Resonatoren(BAW – BulkAcoustic Wave) verwenden zum Filtern von Signalen longitudinaleakustische Wellen in dünnenpiezoelektrischen Werkstoffen und können als funktionales Äquivalent einesOszillatorschwingkreises betrachtet werden. Es gibt grundsätzlich zweiHauptausführungenbei der Verwendung von BAW-Resonatoren: starr befestigte Resonatoren(SMR – SolidlyMounted Resonator) und akustische Dünnschichtvolumen-Resonatoren(FBAR – FilmBulk Acoustic Resonator). 1 zeigtvereinfachte grafische Darstellungen dieser beiden Ansätze.
    [0003] Diepiezoelektrische Schicht vibriert mit einer bestimmten Frequenzund setzt dabei einen Teil der elektrischen Energie in mechanischeEnergie in Form von akustischen Wellen um, die sich in dieselbe Richtungausbreiten wie das elektrische Feld, wenn ein alternierendes elektrischesPotenzial angelegt wird. Bei der mechanischen Resonanz funktioniert dieVorrichtung aufgrund ihrer Fähigkeit,als Filter zu wirken, ebenfalls als ein elektrischer Resonator.Die mechanische Resonanzfrequenz ist diejenige, für welchedie halbe Wellenlängeder sich ausbreitenden akustischen Wellen eine Funktion der Gesamtdicke derdünnenResonanzschicht ist.
    [0004] Esversteht sich, dass die fürdiese Anwendung von Wafer zu Wafer, Ablagerungssystem zu Ablagerungssystemund überdie Zeit erforderliche Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Dickediejenige Genauigkeit übersteigt,welche in der eng damit verbundenen Halbleiterindustrie mit einerStandardabweichung fürdie Wiederholbarkeit der Dicke von Wafer zu Wafer mit 2%, 1 alsStand der Technik betrachtet wird.
    [0005] Dadie Dicke des piezoelektrischen Werkstoffes erst nach der Herstellungbestimmt wird, ist ein Nachbearbeiten notwendig, um nachträglich die Dickeder dünnenSchicht und damit die Resonanzfrequenz zu modifizieren. Die Überwachungder Dicke der dünnenSchicht in situ ist bei einem fürdiese Werkstoffe zur Ablagerung bevorzugten, eng gekoppelten (close-coupled)Sputterprozess unpraktikabel.
    [0006] Eswerden zahlreiche Methoden vorgeschlagen oder verwendet, um nachder Herstellung die Filter zu "trimmen" oder deren Frequenzim Betrieb zu modifizieren. US5 587 620 beschreibt einige dieser Ansätze aus dem Stand der Technik sowiedie Verwendung einer zusätzlichenAbstimmschicht 224 in einen FBAR. Diese ist als zusätzlicheleitende Schicht an der Unterseite der Si-Nitridschicht 204 ausgebildetund erhöhtdie Resonanzdicke und verringert dadurch die Resonanzfrequenz dasResonators vom FBAR-Typ. Bei einem nach der Herstellung erfolgendenTestverfahren wird die Frequenz gemessen und mittels Hindurchleiteneines Stromes durch die Schicht 224 Werkstoffe von derSchicht 224 verdampft, bis sich die Frequenz auf den gewünschten Werterhöht.Es wird ein alternatives Verfahren angeboten, welches auf derselbenMethodik basiert, nämlichTesten nach der Herstellung und Trimmen der Resonanzfrequenz durch Änderungder Dicke der Resonanzstruktur eines FBAR. Es wird keine Lösung für ein SMRangeboten, ohne Ätzender Rückseite desWafers, bis dieser einem FBAR ähnelt.Diese Verfahren zum Abstimmen werden an einem individuellen Filterausgeführt,nachdem dieser hergestellt und aufgebaut wurde. Daher sind dieseVerfahren äußerst kostenintensiv.
    [0007] Esexistiert daher eine Notwendigkeit für eine Methodik zum Trimmender Resonanzfrequenz eines akustischen Resonators während desHerstellungsprozesses, das heißtnoch im Wafer-Stadium. Es versteht sich, dass jeder Wafer tausendeoder vielleicht hunderttausende Filter tragen kann, welche beispielsweisein integrierte Schaltungen integriert sind.
    [0008] DieErfindung stellt ein Verfahren zur Verfügung, welches den Filter automatischwährendder Herstellung abstimmt. Das Verfahren ermöglicht eine erhebliche Reduktionder Herstellungskosten, da das Abstimmen automatisch auf einem komplettenWafer (welcher viele Filter enthält)erfolgen kann, im Gegensatz zum Abstimmen einzelner Filter während einesTestschrittes nach der eigentlichen Herstellung.
    [0009] Derzeitgibt es zwei Haupttypen von hergestellten BAW-Filtern: AkustischeDünnschichtvolumen-Resonatoren(FBAR) und starr befestigte Resonatoren (SMR). Bei einer FBAR-Vorrichtungwird die untere Elektrode auf einer Membran (typischerweise Siliziumnitrid)abgelagert und mittels Ätzender Rückseitedes Wafers eine freistehende Struktur hergestellt. Im Gegensatzdazu wird bei SMR-Vorrichtungen die Resonanzstruktur auf einem akustischen Spiegelabgelagert. Dieser Spiegel isoliert den Resonator wirksam von demSubstrat und ist daher von großemInteresse fürdie Integration akustischer Resonatoren mit anderen elektronischenVorrichtungen, da dessen Funktion unabhängig vom Substrat ist.
    [0010] DieResonanzfrequenz eines BAW-Filters wird in erster Linie durch denakustischen Pfad zwischen den beiden Grenzflächen auf jeder Seite des Resonanzteilsder Vorrichtung bestimmt. 2 zeigt einenQuerschnitt einer FBAR-Vorrichtung. Diese Vorrichtung umfasst einepiezoelektrische Schicht 206, die zwischen Elektroden 207 und 209 eingebettetist. Die untere Elektrode 207 ist auf einer Siliziumnitrid-Membran 204 ausgebildet,die von einem Siliziumssubstrat 202 getragen ist. Die Länge desakustischen Pfades 220 bestimmt die Länge der Frequenz des FBAR.
    [0011] Derpiezoelektrische Werkstoff ist typischerweise AIN und wird im allgemeinenmittels reaktivem, gepulsten DC-Sputtern unter Verwendung einesreinen Aluminium-Targets abgelagert. Der Elektrodenwerkstoff kannaus vielen verschiedenen Metallen hergestellt sein, ist aber typischerweiseaus Aluminium, Wolfram oder Molybdän hergestellt und diese werdentypischerweise mittels DC-Magnetron-Sputtern abgelagert.
    [0012] Während desHerstellungsablaufes stellte das Ablagern der AIN-Schicht den kritischstenSchritt dar. Reaktives Sputtern eines Isolators ist schwierig präzise zusteuern, da die Kammerwände,Anoden usw. mit einem Isolator beschichtet werden. Dies wird üblicherweiseals "verschwindendeAnode"-Effekt ("disapearing anode" effekt) bezeichnet.Dies ändert diePlasma-Charakteristik der Kammer und ändert die Ablagerungsrate derdünnenAIN-Schicht. Im Gegensatz dazu könnenhoch leitende Schichten, wie beispielsweise eine nachfolgend abgelagerteElektrode, mit großerWiederholbarkeit überviele Substrate hinweg abgelagert werden. Typischerweise ist in demSchichtaufbau die piezoelektrische Schicht erheblich dicker alsdie Elektrodenschicht, so dass in der Praxis die Variationen inder AIN-Dicke dieResonanzfrequenz der fertig gestellten Vorrichtung dominieren.
    [0013] DieAnmelder haben ein verbessertes Magnetron (vgl. beispielsweise WO-A-02/47110) und eine verbesserteWafer-Indexierung (vgl. beispielsweise U.K. Pa tentanmeldung Nr.0215699.0) angewendet, um eine extrem hohe Gleichförmigkeit über denWafer zu erzielen. Es ist jedoch ebenso kritisch, die Wiederholbarkeitund absolute Dicke der Ablagerung der piezoelektrischen Schichtvon Substrat zu Substrat überdie gesamte Lebensdauer des Sputtern Targets und von System zu Systemzu kontrollieren. Eine derartige Dicken-Stabilität ist hierbei ein höheres Erfordernisals bei rein elektronischen Schaltungen.
    [0014] Dieideale Situation wäre,einiges von der in situ-Messausrüstungin dem Modul fürdie Ablagerung der piezoelektrischen Schicht zu installieren und dieAblagerungssequenz direkt zu steuern. In einem modernen PVD-System,wie beispielsweise einem Sputtersystem, ist dies nicht praktikabel,da Targets typischerweise eng mit dem verwendeten Substrat gekoppeltsind und übereine lange Lebensdauer arbeiten, ohne Wartungszugriff auf die Vakuumkammer.Eine Konfiguration mit planarem, rotierendem Magnetron führt zu Sputtertargetsmit vollflächiger Erosion,die direkt gegenüberdem Wafer angeordnet sind. Besonders dies beschränkt die Zugänglichkeit, sodass die Installationeines Messwerkzeuges unpraktikabel wird.
    [0015] DieAnmelder haben eine Messstation entwickelt, die ein Spektrometer(3) verwendet, welchesaußerhalbder Ablagerungskammer aber innerhalb des Vakuumsystems eines Mehrkammer-Sputterwerkzeugsangeordnet ist. In der Praxis kann diese Messausrüstung ebenfallsim Wafer-Manipulator eines Clusterwerkzeuges für physikalische Dampfabscheidung(PVD), wie beispielsweise die Sigma®-Maschineder Anmelder, angeordnet werden.
    [0016] DerHerstellungsfluss ermöglichteine Ablagerungssequenz der piezoelektrischen Schicht und obere,untere oder beide Elektroden könnenin einem einzigen PVD-Clusterwerkzeugabgelagert werden. Dies ermöglichteinen entsprechenden Grad an Kontrolle während der Herstellung. Diepiezoelektrische Schicht ist wenigstens teilweise in einer Kammerdes Clusterwerkzeuges abgelagert. Nach der Ablagerung wird die Dünnschichtdickeder piezoelektrischen Schicht außerhalb dieser Ablagerungskammerjedoch innerhalb des Clusterwerkzeuges gemessen. Die Informationder Messstation bezüglichder Dicke der dünnenpiezoelektrischen Schicht wird einem Steuercomputer und einer zugehörige Softwarezur Einstellung der Ablagerungsschritte auf nachfolgenden Waferzugeführt.Die Messung kann an mehreren Punkten stattfinden, um eine Messungquer über denWafer durchzuführen,so dass die Zieldicke quer überden Wafer (Werkstück)oder einen Teil desselben erzielt werden kann.
    [0017] Dadurchwird die Dickeninformation "rückgekoppelt", um die Dicke dernächstenpiezoelektrischen Schicht auf dem nächsten Wafer einzustellen, wodurchsich eine rückgekoppelteSchleife ergibt, um die Wiederholbarkeit zu unterstützen undDriften im Prozess, beispielsweise aufgrund des "verschwindende Anode"-Effekts, Targetverbrauch usw. zu kompensieren.Diese "Rückkopplung" kann die Targetleistung,den Druck oder die Prozesszeit oder eine Kombination hiervon ändern. Diese "Rückkopplung" verbessert nicht den gemessenen Wafer,da die Messung nicht gleichzeitig mit dem Prozess ausgeführt wird.Ferner verbessert die "Rückkopplung" lediglich dann dieStabilität,wenn der Prozess bereits stabil ist und lediglich einen systematischenoder vorhersagbaren Fehler, wie beispielsweise eine reguläre Verminderungder abgelagerten Dicke überdie Zeit, beispielsweise aufgrund Targeterosion, aufweist. Zufällige Fluktuationenkönnennicht korrigiert werden, bei denen sogenannte "Korrekturen", basierend auf dem vorhergehenden Wafer,die Wiederholbarkeit eher verschlechtern.
    [0018] EinVerfahren zum Ablagern einer piezoelektrischen Schicht als Teileiner Resonanzstruktur mit vorbestimmter Resonanzfrequenz umfasstAblagern einer Schicht aus piezoelektrischem Werkstoff mit einerDicke, die geringer ist als eine Zieldicke, Messen der Dicke derabgelagerten Schicht und Ablagern einen dünnen Schicht auf diese Schichtderart, dass die Dicke der Resonanzstruktur, welche die dünne Schichtund die Schicht umfasst, im wesentlichen gleich der Zieldicke ist.
    [0019] Gemäß einemweiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Ablagerneiner piezoelektrischen Schicht als Teil einer Resonanzstruktur mitvorbestimmter Resonanzfrequenz, mit den Schritten Ablagern einerSchicht aus piezoelektrischem Werkstoff mit einer Dicke, welchegeringer ist als die Zieldicke, wobei die vorbestimmte Resonanzfrequenzeine Funktion der Zieldicke ist, Messen der Dicke der abgelagertenSchicht und Ablagern einer dünnenSchicht auf diese Schicht derart, dass die Dicke der Resonanzstruktur,welche die dünneSchicht und die Schicht umfasst, im wesentlichen gleich der Zieldickeist.
    [0020] Diedünne Schichtkann aus demselben Werkstoff wie die Schicht bestehen, wobei indiesem Fall die dünneSchicht in derselben Kammer abgelagert werden kann wie die ersteSchicht. Dieser letztere Ansatz unterstützt die Verbesserung der Genauigkeitder Tiefe der dünnenSchicht, da die zuvor abgelagerte Schichtdicke das Verhältnis angibtzwischen der aktuellen Ablagerungsrate, welche durch die Kammergegeben ist, und ihrer Soll-Ablagerungsrate. Jedoch kann es u. U.zu überkomplexenAnforderungen an die Wafer-Handhabung kommen, was zu zusätzlichenKosten führt.Dies trifft insbesondere für Batch-Verfahrenzu.
    [0021] Alternativkann die dünneSchicht aus einem anderen Werkstoff bestehen, wobei es in diesemFalle bevorzugt ist, dass der verwendete Werkstoff die Eigenschaftaufweist, dass er mit größerer Genauigkeitals die piezoelektrische Schicht abgelagert werden kann. Die dünne Schichtist vorzugsweise leitend, wobei sie in diesem Falle eine Elektrodeausbildet oder einen Teil einer Elektrode, welche mit der piezoelektrischenSchicht verwendet wird, darstellt.
    [0022] Diepiezoelektrische Schicht ist vorzugsweise aus AIN hergestellt. Indiesem Fall kann die Messung der Dicke optisch erfolgen.
    [0023] Eskönnenauch andere kontaktlose Messmethoden verwendet werden, wie beispielsweise akustische,elektromagnetische (e-beam, Röntgenstrahlungusw.), Laser induzierte Akustikmessung oder Laser induzierte Resonanzmessung.Kontaktmessansätzeumfassen beispielsweise Wiegen, Abtasten, Verdrängen (displacement – AFM) usw..
    [0024] Gemäß einemanderen Aspekt umfasst die Erfindung ebenfalls ein Verfahren zumHerstellen eines Resonators mit einer vorbestimmten Resonanzfrequenz,umfassend Ablagern einer Elektrode, Ablagern einer piezoelektrischenSchicht gemäß einem dervorgenannten Verfahren und Ablagern einer weiteren Elektrode, wenndiese nicht in einem vorangegangenen Schritt abgelagert wurde.
    [0025] Gemäß einemweiteren Aspekt umfasst die Erfindung einen Resonator und andereVorrichtungen, welche gemäß den voranstehendenVerfahren hergestellt sind.
    [0026] Obwohldie Erfindung voranstehend definiert wurde, versteht es sich, dassdiese jede erfinderische Kombination der oben genannten Merkmaleumfasst.
    [0027] DieErfindung kann auf verschiedenen Wegen ausgeführt werden und bestimmte Ausführungsformenwerden nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungenbeschrieben. Diese zeigen in:
    [0028] 1 eine schematische Darstellungder grundlegenden Strukturen eines starr befestigten Resonatorsund eines akustischen Dünnschichtvolumen-Resonators, jeweilsin (a) und (b);
    [0029] 2 einen Querschnitt durcheinen akustischen Dünnschichtvolumen-Resonator;
    [0030] 3 eine perspektivische Ansichteiner Vorrichtung zur optischen Dickenmessung;
    [0031] 4 eine schematische Veranschaulichungder Vorrichtung von 3;
    [0032] 5 eine grafische Darstellungder Wiederholbarkeit der Dickenmessung mittels der Ausrüstung gemäß der 3 und 4, wobei auf der X-Achse die Anzahl dergenommenen Messungen aufgetragen ist;
    [0033] 6 einen Graph, welcher dieKorrekturen veranschaulicht, die mit einem Rückkopplungssystem mit relativstabilem Prozess erzielt werden können; und
    [0034] 7 einen Graph, welcher dieVariation in der Dicke von bearbeiteten Wafern darstellt, wenn einBatch von Wafern in einer Kammer bearbeitet wird, für einenrelativ unstabilen Prozess.
    [0035] Wievoranstehend beschrieben wurde, werden die gemessenen Ergebnisse "vorwärts weitergegeben", um die Dicke einerzusätzlichenSchicht einzustellen, die entweder eine Fortführung der piezoelektrischenSchicht, eine obere Elektrode auf der piezoelektrischen Schichtoder eine zusätzliche "Abstimm"-Schicht auf demselbenSubstrat ist. Auf diese Weise profitiert der gemessene Wafer vonder Messung.
    [0036] Eskönnteauch eine separate "Abstimm"-Schicht gemäß dem Standder Technik abgelagert werden, jedoch ist es bevorzugt eine Weiterführung derpiezoelektrischen Schicht selbst oder eine obere Elektrodenschicht,die eingestellt wird.
    [0037] DieMessstation MESZ mißtdie abgelagerte Dicke mit einem geeigneten Mittel, und ein Softwareprogrammvergleicht den Messwert mit der erwarteten Dicke. Es wird auf Basisder aktuellen Ablagerung plus/minus einem Offset, welcher aus derDifferenz zwischen der gemessenen und der erwarteten Dicke berechnetist, eine Korrekturdicke berechnet. Das Substrat erhält dannzusätzlichenWerkstoff, um es auf die gewünschteendgültigeDicke zu bringen.
    [0038] Istdie gewünschteDicke der piezoelektrischen Schicht beispielsweise 1,5 μm, dann wirdeine Anfangsdicke abgelagert und die Dicke der piezoelektrischenSchicht gemessen. Diese Anfangsdicke ist zweckmäßigerweise deutlich kleinerals die gewünschteDicke und beträgtbeispielsweise 0,8 μm. Esist jedoch bevorzugt, zwar nahe aber unterhalb der gewünschtenDicke zu bleiben, beispielsweise bei 1,4 μm, da dann die darauf abgelagerteSchicht besonders eng gesteuert werden kann. Wenn beispielsweise0,8 μm angestrebtund 0,7 μmgemessen werden, dann wird eine zusätzliche Schicht auf demselbenSubstrat in derselben Ablagerungskammer abgelagert, welche sowohldie Differenz zwischen der angestrebten und der tatsächlichenSchichtdicke korrigiert als auch die piezoelektrische Schicht zuihrer endgültigengewünschtenDicke bringt, beispielsweise (1,5 – 07) × (0,8/0,7) = 0,912 μm, anstattder zusätzlichen0,7 μm,von denen ohne Messung und Vorwärtskoppelkorrekturausgegangen worden wäre.
    [0039] Somitwird die zweite Schichtdicke folgendermaßen bestimmt: endgültige Schichtdickeabzüglichgemessene Anfangsdicke multipliziert mit einem Korrekturfaktor basierendauf der aktuellen Dicke/gewünschteDicke der Anfangsablagerungsdicke. Es können auch weitere Iterationsschrittedurchgeführt werden.Durch gute Steuerung der piezoelektrischen Schicht des Schichtaufbauskann die Zieldicke des Schichtaufbaus, welche der vorbestimmtenResonanzfrequenz entspricht, einfach erreicht werden, da die anderenAblagerungen unter Verwendung existierender Techniken eng gesteuertwerden können.
    [0040] Wenndie piezoelektrische Schicht als einheitliche Schicht abgelagertwird, dann kann die Messung der Dicke der piezoelektrischen Schichtzum Einstellen der Dicke einer oberen Elektrode (oder eine Abstimmschicht)verwendet werden, um Variationen bei der gemessenen Dicke der piezoelektrischenSchicht auf dem Wafer zu kompensieren. Die Änderung der Dicke der oberenElektrode kann unter Verwendung einer Algorithmusgleichung berechnet oderaus einer Tabelle ausgelesen werden. Diese kompensierende obereElektrode macht es möglich, denakustischen Pfad 220 währendder späteren Schrittedes Herstellungsprozesses automatisch einzustellen. Diese automatischeEinstellung ermöglicht einkonsistentes Leistungsvermögendes Prozesses bezüglichder Filterfrequenz auf Wafer-zu-Wafer-Basis.
    [0041] DieMessstation zur Dickenmessung muss eine sehr genaue Messung undWiederholbarkeit der Messung sowie eine Integration in eine Vakuumumgebungmit minimaler mechanischer Bewegung oder Kontakt mit dem Substratzur Verfügungstellen, um die korrekte Messung der Dicke der piezoelektrischendünnenSchicht mit minimalen hinzugefügten Defektensicher zu stellen.
    [0042] Aluminiumnitrid,die bevorzugte piezoelektrische Schicht, ist transparent und liegt über einerreflektierenden Elektrode. Diese Anordnung führt daher von selbst zu einerextrem genauen, kommerziell verfügbarenoptischen Meßtechnik,wie beispielsweise einer spektroskopischen Dünnschicht-Dickenmessung. SpektroskopischeMessung führtebenfalls zu einer guten Integration, da diese lediglich ein geeignetestransparentes Fenster in der Vakuumumgebung und keinen Substratkontaktbenötigt.Andere Techniken zur Dickenmessung sind wohlbekannt oder werdennoch entwickelt, wobei die genaue Ausführung dieser Dickenmessungdie Erfindung nicht beeinflusst.
    [0043] Eingeeignetes messtechnisches Instrument ist ein Filmetrics F20, wiein 3 dargestellt, woein Filmetrics F20 in ein Mehrkammer-1-Wafer-Sputtersystem integriertist, wobei es an einem Tor des Wafer-Transportmoduls ohne ein zusätzliches Gate-Ventilund innerhalb des Wafer-Transport-Vakuumsystems befestigt ist. 4 ist ein Diagramm des FilmetricsF20. Eine Fernlichtquelle und ein Spektrometer sind optisch mitdem Tor des Vakuumsystems überein Fiberglasoptikbündelverbunden. Ein Computersystem und eine Software steuern das Instrumentund berechnen sowohl die Dünnschichtdicke alsauch dessen Brechungsindex.
    [0044] Während eineEinpunktmessung nützlichist, wird Idealerweise eine Mehrpunktmessung des Substrats durchgeführt, wobeidies durch Abtasten des Substrats unter einem festen Analysepunkt,beispielsweise durch Vorbeibewegung des Substrats auf einem Wafertransportarmunter dem spektroskopischen Kopf durchgeführt wird. Es kann eine Mehrfachmessungmit mehreren Messungen an einem Punkt durchgeführt werden. Dies verbessertauf einfache Weise die Genauigkeit, indem Fehler in der Dickenmessungherausgeglättetwerden. Eine einfache Armerweiterung kann dabei eine radiale Abtastung über einSubstrat, wie einen Wafer, ermöglichen.Mit einer Linie von Spektroskopen kann eine Serie von parallelenAbtastungen mit einer Waferarmerweiterung durchgeführt werden,um beispielsweise eine 49-Punkt-Analyse auszuführen, was bei derzeit verwendetenDickenmessungen bei der Halbleiterherstellung üblich ist.
    [0045] Dasverwendete spektroskopische Messinstrument demonstriert extrem wiederholbareDünnschicht-Dickenmessungen,wie aus den in 5 dargestelltenDaten ersichtlich ist. Hier wurde dieselbe dünne Schicht auf demselben Waferalle 5 Minuten über4 Tage hinweg gemessen. Die Wiederholbarkeit liegt bei 0,007 % 1Sigma (Standardabweichung).
    [0046] DieseTechnik kann im Prinzip auch zur Kompensation von Variationen inder Dicke der piezoelektrischen Schicht über den Wafer ausgeweitet werden. EskönnenMehrpunktmessungen durchgeführtund eine Gleichförmigkeitskarteder piezoelektrischen Schichtdicke erstellt werden. Die Gleichmäßigkeit deroberen piezoelektrischen Schicht, Elektrode oder Abstimmschichtkann dann derart eingestellt werden, um Ungleichförmigkeitender piezoelektrischen dünnenSchicht überden Wafer zu kompensieren. Das von den Anmeldern verbesserte undin WO-A-02/47110 beschriebene Magnetron ist in der Lage, programmierteBewegungen hinter dem Target auszuführen und kann dadurch derartbetrieben werden, dass Wafer-Ungleichförmigkeiten aufgrund von Dickenvariationenquer überden Wafer entweder in einer Rückkoppelschleifeoder einer Vorwärtskoppelschleifewenigstens teilweise kompensiert werden können.
    [0047] Zusätzlich kanndie Messstation den Brechungsindex der piezoelektrischen dünnen Schicht messen,um einen Wert fürdie Qualitätder dünnen Schichtzu erhalten. Wenn sich der Brechungsindex außerhalb eines Toleranzpegelsbefindet, dann kann die von der Messung initiierte Steuerschleifedie Ablagerungsstation fürdie piezoelektrische dünne Schichtin einen Wartezustand fürWartungsarbeiten versetzen. Dies würde eine weitere Produktionvon defekten Wafern aufgrund mangelnder Qualität der piezoelektrischen dünnen Schichtverhindern.
    [0048] 6 ist eine Karte der Dickenvariationvon einem Wafer zum nächstenWafer "ohne Korrektur" und mit "Rückkoppelung" fürein optimiertes Sputtersystem. Die gewünschte Aluminiumnitriddickewar 1,5 Mikrometer. Der erste Wafer zeigte bei der Messung, dassdie aktuelle Dicke der dünnenSchicht 1,4 Mikrometer betrug. Es wurde daher eine Korrektur beider Leistung des Sputtertargets für die folgenden Wafer angewendet,was die Dicke der dünnen Schichtsofort auf 1,5 Mikrometer brachte, wo diese dann auch innerhalb0,005 %, 1 Sigma stehen bleibt. Im Gegensatz dazu bleibt die Dickeder dünnen Schichtohne Korrektur bei 1,4 Mikrometer und driftet systematisch abwärts, sodass nicht nur die Dicke der dünnenSchicht nicht den gewünschtenWert aufwies, sondern zusätzlichvon Wafer zu Wafer um 0,2 %, 1 Sigma variierte.
    [0049] Esversteht sich, dass erhebliche Arbeit aufgewendet wurde, um dieinhärenteStabilitätdes Sputtersystems zu verbessern, welche bereits eine gute 0,27%Wiederholbarkeit eines unkorrigierten Systems aufweist. Bei einemweniger stabilen System hat sich herausgestellt, dass die rückgekoppelte Korrekturdie Wiederholbarkeit verschlechterte und nicht verbesserte. Wennkein systematischer Trend von Wafer zu Wafer vorliegt, kann keinepräziserückgekoppelteKorrektur zum nächstenWafer berechnet werden.
    [0050] ImGegensatz dazu eliminiert die Vorwärtskopplung, wie in dieserAnmeldung vorgeschlagen, den "erstenWafer"-Effekt undbenötigt überraschenderweisenicht denselben Level der systematischen Stabilität, da dieKorrektur auf dem gemessenen Wafer ausgeführt wird. Die Vorwärtskoppelungerhöht ebenfallsdie Wiederholbarkeit (selbst bei gut entworfenen Systemen mit kleinensystematischen Variationen wie oben) weiter auf etwa die Wiederholbarkeit desMessinstruments, beispielsweise 0,007% im Falle der Filmetrics F20-Messeinheit.
    [0051] Selbstwenn die Wiederholbarkeit der Dicke der abgelagerten piezoelektrischenSchicht sehr schlecht ist, wie beispielsweise in 7 dargestellt, erzielt die Verwendungeiner Vorwärtskoppelungzum Ändernder Dicke einer nachfolgenden Schicht, wie beispielsweise einerobere Elektrode, eine geeignete Kompensation, da das Sputtern vonMetall inhärent stabilerist als das Sputtern von piezoelektrischem Werkstoff. Solange diepiezoelektrische Schicht dick genug ist, um die Vorrichtung beider Resonanzfrequenz zu betreiben, sind innerhalb gewisser Grenzen unterschiedlicheDicken der piezoelektrischen Schicht und der oberen "Abstimm"- und/oder Elektrodenschichten möglich, solangedie akustische Dicke innerhalb enger Grenzen bleibt. Die hierinbeschriebenen Verfahren könnenbei jeder Resonanzstruktur angewendet werden, die eine extrem engeSteuerung ihrer Dicke benötigt.Es versteht sich, dass dann, wenn die piezoelektrische Schicht zudick ist, das System eine dünnereElektrode ablagern kann, um die Zieldicke zu erreichen.
    权利要求:
    Claims (14)
    [1] Verfahren zum Ablagern eines Schichtstapels miteiner Zieldicke, um eine vorbestimmte Resonanzfrequenz zur Verfügung zustellen, umfassend Ablagern einer piezoelektrischen Schicht, Messender Dicke der Schicht und Ablagern einer weiteren dünnen Schichtoder Schichten derart, dass die kombinierte Dicke des Stapels bzw.Schichtaufbaus im Wesentlichen gleich der Zieldicke ist.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die dünneSchicht aus demselben Werkstoff aufgebaut ist wie die Schicht.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass die dünneSchicht in derselben Kammer abgelagert wird wie die Schicht.
    [4] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere dünne Schicht eine Elektrodeist.
    [5] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die dünneSchicht aus einem anderen Werkstoff aufgebaut ist als die Schicht.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die dünneSchicht ein elektrisch leitender Werkstoff ist.
    [7] Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass die dünneSchicht wenigstens ein Teil einer leitenden Elektrode ist.
    [8] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht optisch transparent ist.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Schicht AIN ist.
    [10] Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Dicke optisch gemessen wird.
    [11] Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schichtaufbau wenigstens teilweise über einWerkstückerstreckt und die Messschritte an mehreren Punkten ausgeführt werden,um die Zieldicke im Wesentlichen über den Teil des Werkstückes zuerhalten.
    [12] Verfahren zum Herstellen eines Resonators mit einervorbestimmten Resonanzfrequenz, umfassend Ablagern einer Elektrode,Ablagern einer piezoelektrischen Schicht unter Verwendung des Verfahrensgemäß wenigstenseinem der vorhergehenden Ansprücheund Ablagern einer weiteren Elektrode, wenn nicht in einem vorangegangenenSchritt eine Elektrode abgelagert wurde.
    [13] Verfahren zum Ablagern einer piezoelektrischen Schichtals Teil einer Resonanzstruktur mit vorbestimmter Resonanzfrequenz,umfassend Ablagern einer Schicht aus piezoelektrischem Werkstoff miteiner Dicke, die geringer ist als eine Zieldicke, Messen der Dickeder abgelagerten Schicht und Ablagern einer dünnen Schicht auf der Schichtderart, dass die Dicke der Resonanzstruktur, welche die dünne Schichtund die Schicht umfasst, im wesentlichen gleich der Zieldicke ist.
    [14] Resonator, welcher nach einem Verfahren gemäß wenigstenseinem der Ansprüche1 bis 13 hergestellt ist.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US8368308B2|2013-02-05|Inductively coupled plasma reactor having RF phase control and methods of use thereof
    US7207221B2|2007-04-24|Vibration type gyroscope and method for manufacturing vibration type gyroscope
    US7170215B2|2007-01-30|Electronic component and method for manufacturing the same
    US6211094B1|2001-04-03|Thickness control method in fabrication of thin-film layers in semiconductor devices
    US5996199A|1999-12-07|Method of manufacturing surface acoustic ware modules
    JP5830026B2|2015-12-09|How to improve the performance of a substrate carrier
    US7282834B2|2007-10-16|Micro electrical mechanical system | tuning using focused ion beams
    US8164033B2|2012-04-24|Stage, substrate processing apparatus, plasma processing apparatus, control method for stage, control method for plasma processing apparatus, and storage media
    JP3708031B2|2005-10-19|プラズマ処理装置および処理方法
    JP3981045B2|2007-09-26|薄膜バルク音響共振器素子及びその製造方法
    EP1124270B1|2011-05-11|Herstellungsverfahren für piezoelektrische Filme mittels rotierendem Magnetronsputter-System
    DE4035240C2|1998-10-15|Messen und Steuern des Beschichtens auf einem piezoelektrischen Meßkristall
    JP5165825B2|2013-03-21|分割された電極集合体並びにプラズマ処理方法。
    DE112010002790B4|2016-09-15|HERSTELLUNGSVERFAHREN FüR EINE PIEZOELEKTRISCHE SCHICHT SOWIE MITDEM HERSTELLUNGSVERFAHREN HERGESTELLTE PIEZOELEKTRISCHE SCHICHT
    KR101075048B1|2011-10-19|플라즈마 프로세스 챔버에서의 에지링 마모 보상용 장치 및방법
    US20140003086A1|2014-01-02|Front-lit reflective display device
    EP0665577A1|1995-08-02|Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Niederschlagsrate von Schichten während physikalischem Dampf-Niederschlag
    KR100540027B1|2006-07-06|원자간측정방법
    US7145667B2|2006-12-05|Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device manufacturing apparatus, semiconductor device manufacturing system, and cleaning method for semiconductor device manufacturing apparatus
    DE19752322B4|2009-04-30|Verfahren und Vorrichtung für die hochautomatisierte Herstellung von Dünnfilmen
    US9382624B2|2016-07-05|Film formation method using oscillators for measurement and calibration during calibration step performed during film formation
    TWI465597B|2014-12-21|薄膜形成裝置、膜厚測定方法、膜厚感測器
    KR20070092096A|2007-09-12|제한된 영역의 스펙트럼 분석을 수행하는 방법 및 장치
    US7498589B2|2009-03-03|Scanning probe microscope
    CN101919038B|2012-10-03|晶片弯曲度量装置及其方法
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    GB0407506D0|2004-05-05|
    JP2004320759A|2004-11-11|
    GB0308249D0|2003-05-14|
    GB2400490A|2004-10-13|
    GB2400490B|2006-06-28|
    JP2011061867A|2011-03-24|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-05-12| 8128| New person/name/address of the agent|Representative=s name: ZEITLER, VOLPERT, KANDLBINDER, 80539 MüNCHEN |
    2007-05-03| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2009-04-23| 8125| Change of the main classification|Ipc: H03H3/04 AFI20051017BHDE |
    2018-02-20| R016| Response to examination communication|
    2018-10-02| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]