CN102634766B - 真空溅镀装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种真空溅镀装置，包括：至少两个出/入口腔、传输腔、溅镀腔及一个真空泵，其中，每个所述出/入口腔与所述真空泵之间至少设置第一隔绝气流装置与第二隔绝气流装置，其中至少一个能自动防止气体流入所述出/入口腔。此外，本发明还提供了的该真空溅镀装置的使用方法。采用本发明的技术方案，可以改善现有的真空溅镀装置对某个出/入口腔进行抽真空过程中，被密封的已经达真空度要求的腔由于密封不严，会出现漏气，进而避免溅镀效果差的问题。

Description

真空溅镀装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种真空溅镀装置及其使用方法。

背景技术

现有的半导体制造工艺中，很多结构的完成涉及金属的溅镀，例如金属互连结构。溅镀工艺一般采用惰性气体轰击靶材完成，因而其工作环境需要真空条件。需溅镀时，首先将该待溅镀基材放置于大气压下的前置腔内，接着，将该待溅镀基材由前置腔移至出/入口腔(LoadLock)的基片架上，然后封闭该出/入口腔并进行抽真空，以将其通过传输腔转移入各自的溅镀腔。现有技术中，为了提高效率，一般设置多个体积较小的出/入口腔，该出/入腔被逐一转满，且一个出/入口腔转移满后，立即对该腔进行抽真空，此时，其它腔还在进行转移过程，因而，多个工序同时进行，缩短了时间。上述转移全部完成后，所有出/入口腔都被密封且真空度达到一定要求，即可开始基材向需真空环境的溅镀腔的转移。

然而，本发明人发现，由于多个出/入口腔共用一个真空泵及管道，上述对某个腔进行抽真空过程中，被密封的腔(已经达真空度要求)由于密封不严，会出现漏气，进而造成溅镀过程经常发现溅镀的基片效果差的问题。

针对这个问题，本发明提出一种新的真空溅镀装置及其使用方法，以改善现有的真空溅镀装置对某个出/入口腔进行抽真空过程中，被密封的腔(已经达真空度要求)由于密封不严，会出现漏气，进而避免溅镀效果差的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提出一种新的真空溅镀装置及其使用方法，以改善现有的真空溅镀装置对某个出/入口腔进行抽真空过程中，被密封的腔(已经达真空度要求)由于密封不严，会出现漏气，进而避免溅镀效果差的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种真空溅镀装置，包括：至少两个出/入口腔、传输腔、溅镀腔及一个真空泵，其中，每个所述出/入口腔与所述真空泵之间至少设置第一隔绝气流装置与第二隔绝气流装置，其中至少一个防止气体流入所述出/入口腔，其中至少一个能自动防止气体流入所述出/入口腔。

可选地，所述第一隔绝气流装置为阀门，所述第二隔绝气流装置为阀门。

可选地，所述第一隔绝气流装置为单向阀，所述第二隔绝气流装置为截止阀。

可选地，所述截止阀为电磁阀。

可选地，所述出/入口腔内设置基片架，一个所述基片架能安放多个待溅镀基材。

可选地，所述基片架的数目与所述溅镀腔每次能处理的基材的数目相等。

可选地，一个所述基片架能安放待溅镀基材的数目等于所述溅镀腔的数目。

可选地，所述溅镀腔至少两个。

可选地，所述真空溅镀装置还包括：检测所述出/入口腔真空度的传感器。

对应地，本发明还提供了该真空溅镀装置的使用方法，包括：

多个待溅镀基材在大气压下依序转移至出/入口腔，且转移顺序为：逐个转移至每个出/入口腔逐一装满；

上述过程中，所述一个出/入口腔满后，该出/入口腔的密封门关闭，对该出/入口腔进行抽真空至第一真空度，而后使所述第一隔绝气流装置与所述第二隔绝气流装置中的一个处于能自动隔绝气流流入所述出/入口腔的状态；

至所有出/入口腔的真空度达到第一真空度，所述传输腔的密封门打开，所述待溅镀基材经过所述传输腔被分批转移至各个溅镀腔并开始进行溅镀。

可选地，出/入口腔满为所述出/入口腔的基片架放满。

可选地，所述第一隔绝气流装置为单向阀，所述第二隔绝气流装置为截止阀，每个出/入口腔至第一真空度时，所述单向阀处于隔绝气流流入所述出/入口腔的状态，关闭所述截止阀。

可选地，该使用方法还包括：

一个所述溅镀腔的待溅镀基材溅镀完后，该被溅镀的基材经过所述传输腔被转移至所述出/入口腔；

至所述被溅镀基材全部转移到所述出/入口腔，所述传输腔的密封门关闭；

对所述出/入口腔逐一充气至大气压，逐一打开大气压下的所述出/入口腔的密封门，将被溅镀基材移出所述出/入口腔。

可选地，所述出/入口腔的密封门打开时，打开所述截止阀。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：为了防止对其它出/入口腔进行抽真空过程中，被密封的腔(已经达真空度要求)会出现管道中的气体泄漏入该真空度已达要求的腔内，本发明提出采用至少两个隔绝气流的装置避免上述问题；

可选方案中，该两个隔绝气流的装置为阀门，该阀门的种类选择多，易于安装；

可选方案中，该阀门中的一个为截止阀，一个为单向阀，该单向阀只允许气体从该出/入口腔向外流出，禁止外界气体流入该出/入口腔，因而避免了管道中的气体泄漏入该真空度已达要求的腔内。

附图说明

图1是本发明实施例的真空溅镀装置的示意图；

图2是图1中的第一隔绝气流装置处于允许气流交换状态的示意图；

图3是图1中的第一隔绝气流装置处于隔绝气流状态的示意图；

图4是本发明实施例的真空溅镀装置的使用方法流程图；

图5是图1的装置在使用过程中的示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，多个出/入口腔的抽真空过程采用一个真空泵实现，因而，某个腔的真空度达到一定要求后采用设置在真空泵与出/入口腔间的阀关闭时，其它腔还在进行抽真空或进行转移过程。而该真空度达到一定要求的腔由于阀的长期使用或溅镀环境的惰性等离子气体的腐蚀，其垫圈磨损，可能出现密封不好，导致外界气体进入，发生气体倒流现象。针对这个问题，本发明提出，每个所述出/入口腔与所述真空泵之间至少设置两个隔绝气流装置，其中至少一个能自动防止气体流入所述出/入口腔。如此，可以实现提高了溅镀的质量，更重要地，可以避免溅镀质量出现次品需中断工艺链进行维修。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。由于本发明重在解释原理，因此，未按比例制图。

以下对本发明的实施例进行详细说明。

首先介绍真空溅镀装置。以两个出/入口腔、三个溅镀腔为例，如图1所示，本实施例提供的真空溅镀装置包括：基片放置台10(例如4个)、前置腔11、两个出/入口腔121、122(也称Load-Lock)、一个传输腔13、三个溅镀腔141、142、143及一个真空泵15，其中，出/入口腔121、122与所述真空泵15之间通过管道(未标识)连接，该出/入口腔121与所述真空泵15之间的管道上设置第一隔绝气流装置161、第二隔绝气流装置171，出/入口腔122与所述真空泵15之间的管道上设置第一隔绝气流装置162、第二隔绝气流装置172。

基片放置台10(例如4个)、前置腔11置于大气中，传输腔13、三个溅镀腔141、142、143需达到一定真空度，两个出/入口腔121、122在大气压与一定真空度两个状态间交替。

在具体实施过程中，所述隔绝气流装置161、171、162、172的目的是防止某些出/入口腔已经密封，而其它的出/入口腔还在进行基片转移或抽真空时，真空泵15与各自出/入口腔121、122由于管道相通，导致气流倒流问题。因而，该第二隔绝气流装置171、172可以选择常用的阀门，例如截断类阀门，也可以选择现有的能实现该隔绝气流功能的其它装置，其中第一隔绝气流装置161、162需防止气体倒流，因而可以选择止回类阀门。

本实施例中，第一隔绝气流装置161、162为单向阀，该单向阀属于一种自动阀门，其作用是防止管路中的介质倒流，第二隔绝气流装置171、172为截止阀，为了实现自动控制的目的，该截止阀优选电磁阀。

以下参照图2与图3所示，介绍设置在左边出/入口腔121的第一隔绝气流装置161的工作原理。首先参照图2所示，阀芯1611将管道分为左右两个部分，左边的气体压强为P1，右边的气体压强为P2，若右边对应出/入口腔121，左边对应真空泵，开始抽真空时，P1＜P2，则压强较大的气流推动弹簧压缩将阀芯1611推离阀座1612，在阀芯1611与阀座1612之间形成气流通道，使得右边气流得以流到左边，即出/入口腔121的气体可以流出。接着参照图3所示，右边的出/入口腔121达到一定真空度，其它出/入口腔在进行待溅镀基材转移过程中，P1＞P2，则压强较大的气流推动弹簧拉伸将阀芯1611抵压在阀座1612上，禁止左边气流流入右边的已经密封的出/入口腔121。

设置在右边出/入口腔122的第一隔绝气流装置162与设置在左边出/入口腔121的第一隔绝气流装置161相同，因而工作原理也相同。

第二隔绝气流装置(电磁阀)171、172的原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开，设置该电磁阀的出/入口腔121、122内的气体可以流入与流出；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭，设置该电磁阀的出/入口腔121、122内的气体禁止流入与流出。

以下结合图4的流程图，介绍图5中的真空溅镀装置的使用方法。

首先执行步骤S11，多个待溅镀基材在大气压下依序转移至出/入口腔，且转移顺序为：逐个转移至每个出/入口腔逐一装满。

具体地，人工或机械手将待溅镀基材放置在4个基片放置台10上，例如每个基片放置台10上分配2个。参考图1与图5所示，最左边的基片放置台10抬高，前置腔11内的机械手111抓取该抬高状态的放置台10的最上面的待溅镀基材移至左边的出/入口腔121内的基片架(未图示)上，该基片架可以放置多个基片。本实施例中，设定三个溅镀腔141、142、143每次均可处理两片待溅镀基材，因而，该基片架优选放置3片待溅镀基材。接着，重复上述过程，前置腔11内的机械手111再次抓取该抬高状态的放置台10的最上面的待溅镀基材移至左边的出/入口腔121内的基片架上，如此，最左边的基片放置台10上的待溅镀基材已被转移完毕。

之后，最左边的基片放置台10降低，与最左边的基片放置台相邻的基片放置台10抬高，前置腔11内的机械手111再次抓取该抬高状态的放置台10的最上面的待溅镀基材移至左边的出/入口腔121内的基片架上，至此，出/入口腔121内的基片架已经放满。

接着执行步骤S12，上述过程中，所述一个出/入口腔满后，该出/入口腔的密封门关闭，对该出/入口腔进行抽真空至第一真空度，而后使所述第一隔绝气流装置与所述第二隔绝气流装置中的一个处于能自动隔绝气流流入所述出/入口腔的状态。

其中，所述第一真空度为允许出/入口腔向溅镀腔转移待溅镀基材的真空环境。

步骤S11执行完毕后，出/入口腔121内的基片架已经放满，该腔的密封门关闭，真空泵15启动开始对该腔进行抽真空。在上述抽真空的同时，前置腔11内的机械手111抓取该抬高状态的放置台10的最上面的待溅镀基材移至右边的出/入口腔122内的基片架上。

之后，最左边的基片放置台相邻的放置台10降低，与最右边的基片放置台相邻的基片放置台10抬高，前置腔11内的机械手111再次抓取该抬高状态的放置台10的最上面的待溅镀基材移至右边的出/入口腔122内的基片架上。接着，重复上述过程，前置腔11内的机械手111再次抓取该抬高状态的放置台10的最上面的待溅镀基材移至右边的出/入口腔122内的基片架上，如此，最右边的基片放置台的相邻的放置台10上的待溅镀基材已被转移完毕，且右边的出/入口腔122内的基片架已经放满。

由于出/入口腔122内的基片架已经放满，因而该腔122的密封门关闭，真空泵15启动开始对该腔进行抽真空。

对右边的出/入口腔122进行抽真空时，传感器可能已经探测到左边的出/入口腔121的真空度已经达到第一真空度，此时，关闭第二隔绝气流装置171(电磁阀)。第一隔绝气流装置161(单向阀)将左边的出/入口腔121与真空泵15之间的管道分为2部分，此时，靠近真空泵15的管道内的压强大于已达第一真空度的出/入口腔121的压强，因而，不论该真空泵15的管道内其它出/入口腔122处于抽真空过程还是处于转移待溅镀基材过程，该单向阀自动禁止气体流入左边的出/入口腔121，即避免气体倒流。

右边的出/入口腔122在真空度被探测到达到第一真空度时，也进行上述过程，关闭第二隔绝气流装置172(电磁阀)，此时，第一隔绝气流装置162(单向阀)自动关闭。

执行步骤S13，至所有出/入口腔的真空度达到第一真空度，所述传输腔13的密封门打开，所述待溅镀基材经过所述传输腔13被分批转移至各个溅镀腔141、142、143并开始进行溅镀。

传输腔13、溅镀腔141、142、143的真空度由于有一定要求，因而，在使用过程中，该两个腔连通且相对外界保持密闭状态。传输腔13与出/入口腔121、122之间具有密封门(未图示)。此外，传输腔13内具有机械手131，与前置腔11的机械手111相比，该传输腔13内的机械手131用于在真空条件下使用。

步骤S12完成后，所有出/入口腔121、122内具有第一真空度。此时，传输腔13的密封门打开，其内的机械手121一次抓取出/入口腔121、122内的基片架上的2片待溅镀基材放入溅镀腔141进行溅镀。

接着，该机械手131抓取出/入口腔121、122内的基片架上的2片待溅镀基材放入溅镀腔142、最后抓取出/入口腔121、122内的基片架上剩余的2片待溅镀基材放入溅镀腔143。

三个溅镀腔141、142、143的放入的先后顺序根据各自完成的工艺决定。

执行步骤S14，一个所述溅镀腔的待溅镀基材溅镀完后，该被溅镀的基材经过所述传输腔13被转移至所述出/入口腔121、122。

例如，三个溅镀工艺完全一样，最先放入的溅镀腔141的两片待溅镀基材先完成溅镀工艺，则传输腔13内的机械手抓取溅镀腔141内的2片基材放入出/入口腔121、122的基片架上，且两腔121、122各一片。接着，溅镀腔142的两片待溅镀基材完成溅镀工艺，则传输腔13内的机械手抓取溅镀腔142内的2片基材放入出/入口腔121、122的基片架上，且两腔121、122各一片。最后放入的溅镀腔143的两片待溅镀基材完成溅镀工艺，则传输腔13内的机械手抓取溅镀腔143内的2片基材放入出/入口腔121、122的基片架上，且两腔121、122各一片。

执行步骤S15，至所述被溅镀基材全部转移到所述出/入口腔121、122，所述传输腔13的密封门关闭。

步骤S14执行完毕后，所有被溅镀基材已经被转移入出/入口腔121、122。此时，出/入口腔121、122内的待溅镀基材需转入原基片放置台10或新的基片放置台上，以空出进行其它待溅镀基材的溅镀。

执行步骤S16，对所述出/入口腔121、122逐一充气至大气压，逐一打开大气压下的所述出/入口腔121、122的密封门，将被溅镀基材移出所述出/入口腔121、122。

本步骤的目的是将出/入口腔121、122内的真空度恢复至大气压下，其充气过程采用的是与该出/入口腔121、122相连的其它泵，该泵具有单独的管道。为提高效率，先对左边的出/入口腔121进行充气，充气完毕后，开始转移被溅镀基材，打开该截止阀171。上述左边的出/入口腔121在进行转移被溅镀基材时，对右边的出/入口腔122进行充气，充气完毕后，开始转移被溅镀基材，打开该截止阀172。

需要说明的是，其它实施例中，也可以设置多个隔绝气流装置，以防止两个都失效。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (14)

1.一种真空溅镀装置，包括：至少两个出/入口腔、传输腔、溅镀腔及一个真空泵，其特征在于，每个所述出/入口腔与所述真空泵之间至少设置第一隔绝气流装置与第二隔绝气流装置，其中至少一个能自动防止气体流入所述出/入口腔。

2.根据权利要求1所述的真空溅镀装置，其特征在于，所述第一隔绝气流装置为阀门，所述第二隔绝气流装置为阀门。

3.根据权利要求2所述的真空溅镀装置，其特征在于，所述第一隔绝气流装置为单向阀，所述第二隔绝气流装置为截止阀。

4.根据权利要求3所述的真空溅镀装置，其特征在于，所述截止阀为电磁阀。

5.根据权利要求1所述的真空溅镀装置，其特征在于，所述出/入口腔内设置基片架，一个所述基片架能安放多个待溅镀基材。

6.根据权利要求5所述的真空溅镀装置，其特征在于，所述基片架的数目与每个溅镀腔每次能处理的基材的数目相等。

7.根据权利要求5所述的真空溅镀装置，其特征在于，一个所述基片架能安放待溅镀基材的数目等于所述溅镀腔的数目。

8.根据权利要求1所述的真空溅镀装置，其特征在于，所述溅镀腔至少两个。

9.根据权利要求1所述的真空溅镀装置，其特征在于，所述真空溅镀装置还包括：检测所述出/入口腔真空度的传感器。

10.一种权利要求1所述的真空溅镀装置的使用方法，其特征在于，包括：

多个待溅镀基材在大气压下依序转移至出/入口腔，且转移顺序为：逐个转移至每个出/入口腔逐一装满；

上述过程中，所述一个出/入口腔满后，该出/入口腔的密封门关闭，对该出/入口腔进行抽真空至第一真空度，而后使所述第一隔绝气流装置与所述第二隔绝气流装置中的一个处于能自动隔绝气流流入所述出/入口腔的状态；

至所有出/入口腔的真空度达到第一真空度，所述传输腔的密封门打开，所述待溅镀基材经过所述传输腔被分批转移至各个溅镀腔并开始进行溅镀。

11.根据权利要求10所述的使用方法，其特征在于，出/入口腔装满为所述出/入口腔的基片架放满。

12.根据权利要求10所述的使用方法，其特征在于，所述第一隔绝气流装置为单向阀，所述第二隔绝气流装置为截止阀，每个出/入口腔至第一真空度时，所述单向阀处于隔绝气流流入所述出/入口腔的状态，关闭所述截止阀。

13.根据权利要求12所述的使用方法，其特征在于，还包括：

一个所述溅镀腔的待溅镀基材溅镀完后，该被溅镀的基材经过所述传输腔被转移至所述出/入口腔；

至所述被溅镀基材全部转移到所述出/入口腔，所述传输腔的密封门关闭；

对所述出/入口腔逐一充气至大气压，逐一打开大气压下的所述出/入口腔的密封门，将被溅镀基材移出所述出/入口腔。

14.根据权利要求13所述的使用方法，其特征在于，所述出/入口腔的密封门打开时，打开所述截止阀。