CN102560388A - 一种磁控溅射设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁控溅射设备，其包括至少一个工艺腔室、设置于所述工艺腔室内部的靶材及基片承载装置，还包括至少一个被存放于工艺腔室外部的遮挡盘。在去除靶材表面的氧化物时，将该遮挡盘转移至工艺腔室内部以保护上述基片承载装置免受污染。由于本发明提供的磁控溅射设备将遮挡盘存放于工艺腔室的外部，因而可有效简化工艺腔室内部结构及体积，并且可将遮挡盘分配给多个工艺腔室共用，从而有效降低设备加工及运行成本；并且避免遮挡盘及其驱动装置对工艺环境的影响，从而有利于获得更好的工艺质量。

Description

一种磁控溅射设备

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种磁控溅射设备。

背景技术

随着集成电路生产技术的不断进步，电路芯片的集成度得到大幅提升。目前，在一片芯片中所集成的晶体管数量已经达到了惊人的几千万个，数量如此庞大的有源元件的信号集成需要多达十层以上的高密度金属互联层进行连接。因此，作为制备上述金属互联层的重要工艺，物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称PVD)技术得到了广泛应用。

在半导体制造工业中，PVD泛指采用物理方法制备薄膜的薄膜制备工艺；而在集成电路制造行业中，多特指磁控溅射技术。请参阅图1，为一种典型的磁控溅射设备的结构原理图。该设备主要包括：工艺腔室1、设置于工艺腔室1内部的静电卡盘3、设置于工艺腔室1上方的靶材2和磁控管4以及磁控管驱动电机5。其中，工艺腔室1由腔室主体11和调节器12组成；在工艺腔室1的下端或侧壁上连接有抽气腔室13。在磁控溅射工艺中，向工艺腔室1内通入用于形成等离子体的工艺气体，在腔室内电场和磁场的共同作用下，等离子体中的部分离子轰击靶材2表面，使靶材2表面的部分金属粒子脱落，并沉积到所要加工的基片表面从而形成所需膜层。

在上述设备的各组件中，对靶材金属的纯度要求很高(至少为5N级别)，因此，靶材表面极易发生氧化反应而生成氧化层，从而对工艺结果造成不良影响。为避免这一问题，常用的做法是在工艺间歇期间，定期地对上述靶材表面的氧化层进行溅射以使其脱离靶材表面。在此过程中，被溅射脱落的氧化物颗粒会受重力作用而掉落到腔室底部。为避免氧化物颗粒污染静电卡盘，在清除靶材表面氧化物的过程中，需要使用一种可移动的遮挡盘覆盖在静电卡盘的表面之上，待将靶材表面的氧化物去除完毕后，再将上述遮挡盘移开。

请一并参阅图2A及图2B，为一种常用的具有遮挡盘机构的磁控溅射设备。其中，图2A为去除靶材氧化层过程中遮挡盘的位置示意图；图2B为去除靶材氧化层之后遮挡盘的位置示意图。该遮挡盘机构包括：遮挡托盘9，用于带动遮挡盘16进行升降和旋转运动；驱动电机6，用于驱动上述遮挡托盘9进行升降及旋转运动。其工作过程为：在需要去除靶材氧化层时，使驱动电机6驱动上述遮挡托盘9上升至预定高度后，再进行旋转运动，以使遮挡盘16覆盖于静电卡盘3上方；在进行正常工艺时，则使上述遮挡托盘9及遮挡盘16处于图2B所示的专门用于存放遮挡盘16的位置处。

上述设备虽然在一定程度上解决了靶材去氧化过程中污染静电卡盘的问题；但是，其同样存在下述缺点：

其一，要在磁控溅射设备中实现上述对静电卡盘的遮挡功能，需要在设备的工艺腔室内增加驱动电机、遮挡托盘等装置，必然会增加设备的加工成本。

其二，在进行正常的磁控溅射工艺时，为避免遮挡盘等组件对工艺质量造成影响，就需要使上述组件远离静电卡盘所在区域，这就需要在工艺腔室中设置一个如图2所示的专门用于放置上述遮挡盘等组件的存放区域，因而，必将导致增大工艺腔室的体积，不但占用过多的设备空间，而且还会增加大量的设备加工成本及运营成本。

其三，虽然在上述磁控溅射设备进行溅射工艺时，上述用于遮挡静电卡盘的遮挡盘等组件处于远离静电卡盘的位置，但是，用于存放上述遮挡盘等组件的空间与静电卡盘所在区域同属于工艺腔室内部空间，因而，极有可能对工艺腔室内的气流场及温度场的分布情况造成影响，并最终影响工艺加工质量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种磁控溅射设备，其能够有效降低设备的加工及运营成本。

为此，本发明提供一种磁控溅射设备，包括至少一个工艺腔室、设置于工艺腔室内部的靶材及基片承载装置，此外，还包括至少一个遮挡盘，该遮挡盘被存放于上述工艺腔室的外部；上述遮挡盘用于在去除靶材表面的氧化物时对基片承载装置进行保护。

其中，本发明提供的磁控溅射设备还包括遮挡盘存放腔室，用于存放遮挡盘；当去除靶材表面的氧化物时，将遮挡盘从遮挡盘存放腔室转移至工艺腔室内，以对基片承载装置进行保护。

其中，遮挡盘存放腔室内设置有遮挡盘存放架，用于存放遮挡盘。

其中，遮挡盘存放腔室内还设置有升降装置，用于驱动遮挡盘存放架进行升降。

其中，升降装置包括直线电机、电动缸、气缸、液压缸。

优选地，遮挡盘的数量与工艺腔室的数量相等。

其中，本发明提供的磁控溅射设备还包括传输腔室，遮挡盘存放腔室和工艺腔室均与传输腔室相连接；经由传输腔室可将遮挡盘在遮挡盘存放腔室与工艺腔室之间进行转移。

其中，传输腔室内设置有机械手，用以将遮挡盘在遮挡盘存放腔室与工艺腔室之间进行转移。

其中，传输腔室与工艺腔室及遮挡盘存放腔室之间均设置有密封闸门。

其中，本发明提供的磁控溅射设备还包括与传输腔室相连接的装/卸载腔室、去气腔室、预清洗腔室。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的磁控溅射设备包括至少一个工艺腔室、设置于工艺腔室内部的靶材及基片承载装置，此外，还包括被存放于工艺腔室外部的至少一个遮挡盘。在去除靶材表面的氧化物时，借助该遮挡盘可实现对基片承载装置的有效覆盖，从而避免脱落的靶材氧化物颗粒污染上述基片承载装置。由于上述遮挡盘被存放于工艺腔室的外部，因此，本发明提供的磁控溅射设备无需在其工艺腔室中增设专门存放该遮挡盘的腔室空间，从而可有效降低设备体积，并节约设备加工成本；同时，也无需在每个工艺腔室内设置驱动遮挡盘的驱动电机及遮挡托盘等组件，从而不仅可节约设备的加工成本，也节约了经常维护上述组件所带来的运营成本；此外，由于上述遮挡盘被存放于工艺腔室的外部，从而能够有效避免对工艺腔室内的气流场及温度场的分布情况所造成的影响，进而有利于获得更好的工艺质量。

附图说明

图1为一种典型的磁控溅射设备的结构原理图；

图2A为一种常用的具有遮挡盘机构的磁控溅射设备在去除靶材氧化层过程中遮挡盘的位置示意图；

图2B为图2A所示设备在去除靶材氧化层之后遮挡盘的位置示意图；

图3为本发明提供的磁控溅射设备中的遮挡盘存放腔室的结构示意图；以及

图4为本发明提供的磁控溅射设备的一个具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的磁控溅射设备进行详细描述。

本发明提供的磁控溅射设备包括至少一个工艺腔室、设置于工艺腔室内部的靶材及基片承载装置；此外还包括至少一个遮挡盘。在去除靶材表面的氧化物时，借助上述遮挡盘对基片承载装置进行保护以免脱落的氧化物颗粒掉落在基片承载装置表面而造成污染；并且，在去除靶材氧化物之后，将该遮挡盘存放于工艺腔室的外部。在一个具体实施例中，上述磁控溅射设备还包括遮挡盘存放腔室，用于专门存放上述至少一个遮挡盘，并在需要去除靶材表面的氧化物时，将该遮挡盘从遮挡盘存放腔室转移至工艺腔室内，以对基片承载装置进行保护。其中，遮挡盘例如可以采用不锈钢、钛、钛合金等的金属材质制成。

请参阅图3，为本发明提供的磁控溅射设备中的一种遮挡盘存放腔室的结构示意图。该遮挡盘存放腔室30包括设置在其内部的遮挡盘存放架34、用于驱动遮挡盘存放架34进行升降运动的升降装置32、将升降装置32与遮挡盘存放架34进行连接的升降连杆36以及位于遮挡盘存放腔室30侧壁上的密封闸门31。其中，上述升降装置32例如可以采用直线电机、电动缸、气缸、液压缸等具有直线驱动功能的装置而实现。遮挡盘存放架34上具有多个独立的遮挡盘存放位，从而可同时容置多个遮挡盘16；这里，虽然在图3所示实施例中，遮挡盘存放架34上具有4个遮挡盘存放位，但本发明并不局限于此，当需要同时存放的遮挡盘16数量发生变化时，可以根据需要而增加或减少上述遮挡盘存放位的数量。在本发明另外的一些实施例中，也可以不设置上述升降装置32及升降连杆36，而是直接将遮挡盘存放架34固定于遮挡盘存放腔室30中。密封闸门31用以使遮挡盘存放腔室30与磁控溅射设备的其它腔室或空间结构进行密封隔离，因而仅在需要取/放遮挡盘16时，上述密封闸门31才会开启；此外，该密封闸门31还用于将遮挡盘存放腔室30与磁控溅射设备的其它腔室或空间结构进行连接。在实际应用中，上述密封闸门31例如可以采用一种闸板阀而实现。

由上述描述可知，本发明提供的磁控溅射设备采用一种遮挡盘存放腔室将用于遮挡基片承载装置的遮挡盘统一地存放于工艺腔室的外部，而无需在每个工艺腔室内分别设置遮挡盘及用于驱动遮挡盘运动的各种组件及装置，从而可有效简化工艺腔室的内部结构及体积，并在很大程度上降低了设备的加工及运行成本；而且，在同一台磁控溅射设备的多个工艺腔室共用一个遮挡盘存放腔室的情况下，对于上述降低设备成本的作用将更加明显。此外，由于无需在各个工艺腔室内设置遮挡盘及其驱动装置，从而可有效避免上述装置对工艺腔室内部气流场及温度场所造成的不良影响，进而有利于获得更好的工艺质量。

请参阅图4，为本发明提供的磁控溅射设备的一个具体实施例的结构示意图。本实施例中，磁控溅射设备包括四个工艺腔室10、一个遮挡盘存放腔室30以及一个传输腔室20；该传输腔室20具有多个可连接其它腔室的侧壁，上述四个工艺腔室10及一个遮挡盘存放腔室30分别连接至该传输腔室20不同的侧壁上；具体地，可以使用上述图3中所示的密封闸门31而实现将工艺腔室10与传输腔室20之间，以及遮挡盘存放腔室30与传输腔室20之间的密封连接。上述传输腔室20用于在正常工艺时用于为各个工艺腔室10存取基片，并在去除工艺腔室10内的靶材氧化物时，用于将至少一个遮挡盘在遮挡盘存放腔室30与各个工艺腔室10之间进行传送和转移。具体地，在实际应用中，可以在传输腔室20内部设置机械手(图未示)，借助该机械手而实现将遮挡盘在遮挡盘存放腔室30与工艺腔室10之间的存取操作。此外，本实施例中，由于工艺腔室10的数量为四个，因而最多只需四个遮挡盘即可满足所有工艺腔室10的需求；而当各个工艺腔室10进行去除靶材氧化物的操作相互错开时，少于四个的遮挡盘即可满足所有工艺腔室10的需求；不过在实际应用中，为避免工艺腔室10因等待遮挡盘而造成的产能浪费问题，通常会在遮挡盘存放腔室30内放置与工艺腔室10数量相等的遮挡盘。并且，这种使遮挡盘数量与工艺腔室10数量相等的设置方案同时也是本发明的一个优选实施方式。

作为另一个优选实施例，本发明提供的磁控溅射设备还包括装/卸载腔室60、去气腔室50以及预清洗腔室40，并且上述各个腔室均与传输腔室20的侧壁通过密封闸门进行连接。

上述本发明提供的磁控溅射设备进行去除靶材氧化物的过程如下：首先，确定需要去除靶材氧化物的工艺腔室；之后，开启遮挡盘存储腔室的密封闸门，利用传输腔室中的机械手在遮挡盘存储腔室中取出一片遮挡盘；然后，关闭遮挡盘存储腔室的密封闸门，并旋转机械手至所要去除靶材氧化物的工艺腔室位置；开启该工艺腔室的密封闸门，利用机械手将遮挡盘放入工艺腔室的基片承载装置之上；对工艺腔室中的靶材表面氧化层进行溅射，以使上述氧化层脱离靶材表面，同时，利用工艺腔室内的抽气装置将脱落的氧化物颗粒抽出腔室。在靶材表面的氧化层去除干净后，按照上述遮挡盘传送过程的逆过程将遮挡盘送回遮挡盘存放腔室。

综上所述，本发明提供的磁控溅射设备，利用一个遮挡盘存放腔室而实现了同时为多个工艺腔室提供遮挡盘的功能，与背景技术中在每个工艺腔室中设置遮挡盘及其驱动装置相比，本发明能够有效简化工艺腔室内部组件结构和数量，并可减小工艺腔室体积，从而降低了设备的加工及运行成本；同时，还可避免内置的遮挡盘及其驱动组件或装置对工艺腔室内部环境的影响，从而有利于获得更好的工艺加工质量。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁控溅射设备，包括至少一个工艺腔室、设置于所述工艺腔室内部的靶材及基片承载装置，其特征在于，还包括至少一个遮挡盘，所述遮挡盘被存放于所述工艺腔室的外部；所述遮挡盘用于在去除所述靶材表面的氧化物时对所述基片承载装置进行保护。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，还包括遮挡盘存放腔室，用于存放所述遮挡盘；当去除所述靶材表面的氧化物时，将所述遮挡盘从所述遮挡盘存放腔室转移至所述工艺腔室内，以对所述基片承载装置进行保护。

3.根据权利要求2所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述遮挡盘存放腔室内设置有遮挡盘存放架，用于存放所述遮挡盘。

4.根据权利要求3所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述遮挡盘存放腔室内还设置有升降装置，用于驱动所述遮挡盘存放架进行升降。

5.根据权利要求4所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述升降装置包括直线电机、电动缸、气缸、液压缸。

6.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述遮挡盘的数量与所述工艺腔室的数量相等。

7.根据权利要求2所述的磁控溅射设备，其特征在于，还包括传输腔室，所述遮挡盘存放腔室和所述工艺腔室均与所述传输腔室相连接；经由所述传输腔室可将所述遮挡盘在所述遮挡盘存放腔室与所述工艺腔室之间进行转移。

8.根据权利要求7所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述传输腔室内设置有机械手，用以将所述遮挡盘在所述遮挡盘存放腔室与所述工艺腔室之间进行转移。

9.根据权利要求7所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述传输腔室与所述工艺腔室及所述遮挡盘存放腔室之间均设置有密封闸门。

10.根据权利要求7所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述磁控溅射设备还包括与所述传输腔室相连接的装/卸载腔室、去气腔室、预清洗腔室。

Images