CN101877302B - 对腔体抽真空的方法 - Google Patents

Abstract

一种对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，该方法包括以下步骤：提供一半导体制程薄膜沉积腔体，接着，以低真空泵对半导体制程薄膜沉积腔体进行抽气，再以高真空泵进行第二阶段抽气，此时，以可调节档板挡住晶圆，再以加热器对坩埚中的吸气材料加热以产生蒸气，用以捕捉腔体内残余气体，形成化合物后沉积于档板上，直至达成目标真空度，停止对该吸气材料加热以及打开该可调节档板，以进行下一步制程。

Description

对腔体抽真空的方法

技术领域

本发明是关于一种对半导体制程沉积腔体抽真空的方法，特别是指以加热吸气材料产生蒸气用以吸附气体分子的方法。

背景技术

在一般半导体或薄膜制程中，必须在一较高真空度的环境下进行，通常先让沉积腔体内的真空度达到一定程度(约10^-5torr以下)，才能继续进行后续薄膜沉积制程。而利用真空设备来达到此需求为常见技术。现今的薄膜制程无论是利用CVD(化学气相沉积法)或利用PVD(物理气相沉积法)皆必须利用到真空设备。

将腔体内的真空度由一大气压(760torr)抽至高真空(10^-3～10^-5torr)通常分为两个阶段来抽气，首先，使用如：机械泵(mechanical pump)、干式泵(dry pump)或目前一般厂商常用的低真空泵，先将真空度由一大气压抽至大约0.2torr，再利用如：冷冻泵(cryo pump)或涡轮分子泵(turbo pump)等高真空泵继续将真空度由0.2torr抽至10^-5torr以下的高真空度。

将一基材放入一真空设备作沉积时，需要将腔体破真空之后才能放入该基材，在打开腔体时，其内部会直接与大气接触，大气中的水气进入到腔体之后容易吸附于腔壁，当抽到0.2torr以后，腔壁面吸附的气体释出，随着压力越往下降会越严重，因此在10^-3torr以下，主要的气体负荷来自腔体内部的表面释气，故在一开始破真空时吸附于腔壁表面的水气及氧气，是在抽至高真空时，使抽气速率降低的原因之一。较为高阶的抽真空设备是额外加上一个缓冲腔(buffer chamber)以区隔主要的沉积腔体，将基材先置于缓冲腔中，抽真空至某一预定值之后，再将基材传送到主要的沉积腔体中继续抽至预定真空度之后再进行蒸镀，主要沉积腔体并未直接接触大气，抽至较高真空相对未具缓冲腔的沉积腔体而言较为容易。

对于未具缓冲腔(buffer chamber)的沉积腔体而言，抽真空过程费时，直接影响产品产能。因此，如何节省抽真空时间为一关键问题。现有的改善方式为加大泵(pump)的功率，然而，此方式会增加成本，且效果并不显著。

发明内容

本发明提供一种对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，其可在不使用加大泵(pump)功率的情况下，减少将真空度由一大气压抽至高真空的时间。

本发明的技术解决方案是：一种对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，该方法包括以下步骤：

提供一半导体制程薄膜沉积腔体，该半导体制程薄膜沉积腔体连接一低真空泵及一高真空泵以对该半导体制程薄膜沉积腔体进行抽气，该半导体制程薄膜沉积腔体设有一晶圆承载盘以承载数片晶圆，一可调节档板，至少一承载吸气材料的坩埚，及一加热器；

以该低真空泵对该半导体制程薄膜沉积腔体进行第一阶段抽气，直到达成一第一预定目标真空度；

以该高真空泵进行第二阶段抽气至达成一第二预定目标真空度，此时，该可调节档板挡住该晶圆；

继续以该高真空泵进行第三阶段抽气，同时，以该加热器对该吸气材料加热产生蒸气，以捕捉该半导体制程薄膜沉积腔体内的残余气体，直至达成终极目标真空度；

关闭对该吸气材料加热的该加热器；以及

打开该可调节档板，进行所述晶圆的半导体制程沉积。

如上所述的对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，其中该半导体制程薄膜沉积腔体为一电子枪蒸镀腔体，还包括数个坩埚，以承载除了该吸气材料以外的数个目的金属块，以做为沉积金属层来源。

如上所述的对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，其中在打开该可调节档板后，还包括一步骤：重新开启该加热器以对该目的金属块加热，其中该加热器为电子枪、灯丝或加热板其中的一种。

如上所述的对半导体制程沉积腔体抽真空的方法，其中该吸气材料为一钛块。

如上所述的对半导体制程沉积腔体抽真空的方法，其中上述的第一预定目标真空度约为0.1至10^-2torr。

如上所述的对半导体制程沉积腔体抽真空的方法，其中上述的第二预定目标真空度约为9×10^-4至1×10^-5torr。

如上所述的对半导体制程沉积腔体抽真空的方法，其中上述的预定目标真空度约为9×10^-6至1×10^-7torr。

本发明还提出另一种对沉积腔体抽真空的方法，该方法包括以下步骤：

提供一沉积腔体，至少一真空泵与该沉积腔体连接，该沉积腔体内包括一坩埚，该坩埚放置一吸气材料，一加热器用以对该吸气材料进行加热；

利用该真空泵对该腔体进行第一次抽气至9×10^-4～1×10^-5torr；

利用该真空泵对该腔体进行第二次抽气，同时以该加热器将该坩埚内的该吸气材料加热至熔融态，使该吸气材料产生蒸气于该腔体中，用以捕捉残余气体分子，使该沉积腔体内的气体分子快速减少；以及

当该真空泵将该沉积腔体的真空度抽至一终极目标真空度时，停止加热该吸气材料。

如上所述的对沉积腔体抽真空的方法，其中上述的终极预定目标真空度约为9×10^-6至1×10^-7torr。

如上所述的对沉积腔体抽真空的方法，其中该吸气材料为一钛块。

本发明的特点和优点是：本发明的对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，是当抽气泵对半导体制程薄膜沉积腔体进行抽气时，同时对吸气材料进行加热，使其产生气体分子，该气体分子可吸附由腔壁逸出的水气及原本大气中的水气及氧气，快速降低压力的目的，达到节省抽真空时间的目的。

利用本发明可大幅减少抽真空的时间，以本发明的实施例而言，腔体为圆柱型，该腔体的大小为高度900mm，直径750mm，亦即容积约为4×108mm2为例。原本将真空度由一大气压抽至3×10-6torr需要花大约60分钟，其中将真空度由10-5torr抽至3×10-6torr就需要花大约36分钟，而利用本发明的方法后，将真空度由10-5torr抽至3×10-6torr仅需花6分钟，亦即将容积约为4×108mm2由一大气压抽至3×10-6torr总共仅需花30分钟，节省了约半小时的时间，在相同时间内，可增加半导体制程的产能。

附图说明

图1显示本发明所提供的对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的设备。

【主要组件符号说明】

半导体制程薄膜沉积腔体10    承载台100

坩埚101-103                 吸气材料1020

加热器104                   目的金属块1010、1030

晶圆承载盘105               晶圆106

可调节挡板107               低真空泵11            高真空泵12

第一控制阀13                第二控制阀14

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

本发明提供一种对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，可节省对腔体抽真空的时间。图1所示为本发明的一实施例应用，首先提供一半导体制程薄膜沉积腔体10，在腔体10内具有一承载台100，用以承载数个坩埚(crucible)101～103，其中一坩埚(crucible)102内放置一吸气材料1020，此吸气材料在本发明实施例中为一钛块，吸气材料1020在抽气过程中被一加热器104加热产生蒸气，以捕捉腔体内残余气体分子，而加热器104可以为一电子枪，或是灯丝及加热板，本发明实施例中该加热器为一电子枪。其它坩埚101、103(crucible)则承载除了吸气材料1020以外的数个目的金属块1010、1030，做为沉积金属层来源。

半导体制程薄膜沉积腔体10内还包括一晶圆承载盘105，晶圆承载盘105可放置数片晶圆106，并有一可调节档板(shutter)107。

另外，一低真空泵11连接于半导体制程薄膜沉积腔体10，中间并有一第一控制阀13用以控制低真空泵13与半导体制程薄膜沉积腔体10间气体的连通，低真空泵11可将真空度由一大气压(约760torr)抽至约10^-2～10^-3torr，此低真空泵11可以为机械泵(mechanical pump)或干式泵(dry pump)其中的一种。另有一高真空泵12连接于该半导体制程薄膜沉积腔体10，并以一第二控制阀14控制高真空泵12与腔体10间气体的连通，高真空泵12可将真空度由约10^-2～10^-3torr抽至约10^-6～10^-7torr，高真空泵12可为冷冻泵(cryo pump)。

本发明实施例中的制程为分批次镀膜制程，因此须先将半导体制程薄膜沉积腔体10破真空，将数片晶圆106放置于该晶圆承载盘105之后，再进行以下步骤，包括：

将第一控制阀13打开，第二控制阀14关上，使低真空泵11对半导体制程薄膜沉积腔体10进行第一阶段抽气，直至将该半导体制程薄膜沉积腔体10内的压力粗抽至约0.1～10^-2torr左右。

接着，将第一控制阀13关上，第二控制阀14打开，使高真空泵12对半导体制程薄膜沉积腔体10进行第二阶段抽气，直至将半导体制程薄膜沉积腔体10内的压力抽至9×10^-4～1×10^-5torr左右，此时，可调节档板107，挡住该晶圆承载盘105，以防在加热吸气材料1020时产生的蒸气对该晶圆106造成污染；继续以高真空泵12对半导体制程薄膜沉积腔体10进行第三阶段抽气，同时，以加热器104对坩埚102内的吸气材料1020进行加热而使吸气材料1020产生蒸气，由于吸气材料的蒸气可吸附由腔壁释出的水气，及半导体制程薄膜沉积腔体10内残余的水气及氧气，进而达到节省抽真空时间的目的。

最后，当真空度抽至9×10^-6～1×10^-7torr之后，将加热器104关闭，将打开可调节档板107，可进行晶圆的半导体制程沉积，冷却之后即可破真空将晶圆拿出。

对于分批次镀膜制程而言，在每次制程完成之后，即需要对沉积腔体破真空之后才能换置下一批晶圆进行相同制程，因此，需要重复破真空再抽真空，相当费时。本案的发明可有效的减少抽真空时间。以本发明的最佳实施例为例，在本实施例中腔体容积大小约为4×10⁸mm²。原本将真空度由一大气压抽至3×10^-6torr需要花费大约60分钟，其中将真空度由10^-5torr抽至3×10^-6torr就需要花大约36分钟，而在本发明的制程中，在真空度到达10^-5torr开始加热钛块，发现将真空度由10^-5torr抽至3×10^-6torr仅需花6分钟，亦即将容积约为4×10⁸mm²由一大气压抽至3×10^-6torr总共仅需花30分钟，可节省半小时的时间。而在腔体中加热吸气材料使其产生蒸气来捕捉气体分子，以达到加速抽真空的目的，亦可适用于具有缓冲腔(buffer chamber)的沉积腔体。

总结以上所述，本发明可减少抽真空时间，降低制程所费时间，增加产品的产能，且方法简便，不需在制程设备上做改变或添购设备。因一般制程用的蒸镀沉积腔体原本就具有数个坩埚，仅需将其中一坩埚放入吸气材料。其中加热吸气材料产生蒸气则可利用原本设备具有的加热器。

以上附图及说明，仅为本发明的较佳实施例，其并非用以限制本发明的实施范围，任何熟习该项技艺者依据本发明的精神所做的些微修改，仍应属本发明的精神及范围。

Claims (10)

1.一种对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，该方法包括以下步骤：

提供一半导体制程薄膜沉积腔体，该半导体制程薄膜沉积腔体连接一低真空泵及一高真空泵以对该半导体制程薄膜沉积腔体进行抽气，该半导体制程薄膜沉积腔体设有一晶圆承载盘以承载数片晶圆，一可调节档板，至少一承载吸气材料的坩埚，及一加热器；

以该低真空泵对该半导体制程薄膜沉积腔体进行第一阶段抽气，直到达成一第一预定目标真空度；

以该高真空泵进行第二阶段抽气至达成一第二预定目标真空度，此时，该可调节档板挡住该晶圆；

继续以该高真空泵进行第三阶段抽气，同时，以该加热器对该吸气材料加热产生蒸气，以捕捉该半导体制程薄膜沉积腔体内的残余气体，直至达成终极目标真空度；

关闭对该吸气材料加热的该加热器；以及

打开该可调节档板，进行所述晶圆的半导体制程沉积。

2.如权利要求1所述的对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，其中该半导体制程薄膜沉积腔体为一电子枪蒸镀腔体，还包括数个坩埚，以承载除了该吸气材料以外的数个目的金属块，以做为沉积金属层来源。

3.如权利要求1所述的对半导体制程薄膜沉积腔体抽真空的方法，其中在打开该可调节档板后，还包括一步骤：重新开启该加热器以对该目的金属块加热，其中该加热器为电子枪、灯丝或加热板其中的一种。

4.如权利要求1所述的对半导体制程沉积腔体抽真空的方法，其中该吸气材料为一钛块。

5.如权利要求1所述的对半导体制程沉积腔体抽真空的方法，其中上述的第一预定目标真空度为0.1至10^-2torr。

6.如权利要求1所述的对半导体制程沉积腔体抽真空的方法，其中上述的第二预定目标真空度为9×10^-4至1×10^-5torr。

7.如权利要求1所述的对半导体制程沉积腔体抽真空的方法，其中上述的预定目标真空度为9×10^-6至1×10^-7torr。

8.一种对沉积腔体抽真空的方法，该方法包括以下步骤：

提供一沉积腔体，至少一真空泵与该沉积腔体连接，该沉积腔体内包括一坩埚，该坩埚放置一吸气材料，一加热器用以对该吸气材料进行加热；

利用该真空泵对该腔体进行第一次抽气至9×10^-4～1×10^-5torr；

利用该真空泵对该腔体进行第二次抽气，同时以该加热器将该坩埚内的该吸气材料加热至熔融态，使该吸气材料产生蒸气于该腔体中，用以捕捉残余气体分子，使该沉积腔体内的气体分子快速减少；以及

当该真空泵将该沉积腔体的真空度抽至一终极目标真空度时，停止加热该吸气材料。

9.如权利要求8所述的对沉积腔体抽真空的方法，其中上述的终极预定目标真空度为9×10^-6至1×10^-7torr。

10.如权利要求8所述的对沉积腔体抽真空的方法，其中该吸气材料为一钛块。

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