CN103050385B - 用于半导体集成制造生产线中的微型pvd模块 - Google Patents

Abstract

本发明的微型PVD模块通过采用在所述壳体与所述传输带之间设置所述滚筒组，利用所述滚筒组与壳体和所述传输带的密封连接关系，达到所述壳体与所述传输带之间的动态密封设计；通过设置移动的靶材装置，实现了靶材装置的小型化设计，大幅度的降低了整个模块的制造成本；通过所述温度检测装置实时的测定所述壳体内表面温度、测定所述靶材装置温度及测定放置于所述传输带上的半导体基板的温度，可据此控制所述靶材装置的放热量，从而保证镀膜过程中可在合理的温度下进行；另外，本发明采用所述PVD控制系统，可实现整个镀膜过程的自动化控制。因此，本发明实现了将半导体集成制造生产线中PVD镀膜工艺的微型化和模块化。

Description

用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块

技术领域

本发明涉及半导体生产设备的设计领域，尤其涉及用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块。

背景技术

由于半导体集成制造的过程中需要由多个工艺分步完成，如清洗处理、干燥处理、隔离处理、PVD镀膜等等，且每一工艺步骤均需要在密闭的环境下进行，对此现有技术中通常采用集成密封制造系统，使每一步工艺在同一密闭的环境下进行。在整个半导体集成制造过程中，PVD镀膜是半导体成型的核心步骤。PVD指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到基板表面上的过程。在目前的半导体制造过程中，PVD镀膜技术的基本方法有真空蒸发、真空溅射和真空离子镀膜的方法。真空蒸发是指将膜材置于真空室内的蒸发源中，在高真窒条件下，通过蒸发加热使其蒸发，当蒸汽分子的平均自由程大于真空室的线性尺寸后，蒸汽状态下的原子和分子从蒸发源表面逸出后，很少受到其他分子或原子的冲击与阻碍，可直接到达被镀的基板表面上，由于基板温度较低，便凝结于其上而形成镀膜。现有技术中，半导体集成制造系统的每一工艺流程均需在密闭的环境下进行，当完成一工艺流程后，需将半导体半成本取出，以进行下一步的工艺处理，但其对取出后的空间真空度要求较高，因此造成半导体集成制造设备制造困难，厂房的规模巨大。厂家投资建厂一方面需承担前期大量的资金投入，另一方面通常建设一半导体集成制造系统需要数年的时间，可见目前建设一半导体集成制造系统资金投入量大且时间久，且容易造成厂家资金周转的困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，旨在提供用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块以实现半导体生产设备中的PVD机构实现模块化设计。

本发明是这样实现的，用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，包括一壳体，所述壳体横向两侧分别设有供传输带通过的入口和出口，且所述传输带将所述壳体分隔成上腔与下腔，所述壳体之入口和出口处分别设有动态夹持所述传输带的滚筒组，各所述滚筒组包括贴设于传输带上侧的上滚筒和贴设于传输带下侧的下滚筒，所述壳体上还设有驱动所述滚筒组运转的第一伺服电机，所述下腔的侧壁开设有连接抽气装置的排气孔，所述排气孔设有与之适配的排气控制阀，所述下腔内设有移动靶材装置，所述下腔于所述传输带与所述靶材装置之间设有加速电磁场，该微型PVD模块还包括PVD控制系统，所述PVD控制系统包括设于所述上腔内并实时监测所述上腔内气压的气压计，还包括测定所述壳体内表面温度、测定所述靶材装置温度及测定放置于所述传输带上的半导体基板的温度的温度检测装置，还包括控制所述第一伺服电机、所述排气控制阀、靶材装置及加速电磁场工作状态的控制器，所述控制器分别与所述第一伺服电机、排气控制阀、靶材装置、加速电磁场、气压计及温度检测装置电连接。

具体地，所述靶材装置包括用于盛装靶材的加热锅、固接于所述加热锅上的加热装置及一转动的丝杆，所述加热锅或加热装置设有与所述丝杆适配的螺纹孔。

具体地，所述靶材装置还包括设于所述壳体侧壁并驱动所述丝杆转动的第二伺服电机，所述第二伺服电机与所述控制器电连接。

具体地，所述加速电磁场包括两分别设置于所述下腔内侧壁的电磁铁。

具体地，所述壳体由外至内依次包括铝壳外层、硅橡胶绝热层及不锈钢内层。

具体地，所述壳体包括相互扣合的上盖与下盖，所述上盖与所述传输带及上滚筒围合成所述上腔，所述下盖与所述传输带及下滚筒围合成所述下腔，所述上盖与下盖的横向侧之间具有形成所述入口和出口的间隙，所述上盖与下盖的纵向侧之间设有公母槽连接结构，所述公母槽内设有密封胶条。

具体地，各所述上滚筒和下滚筒的表面设有弹性层，各所述上滚筒和下滚筒的两端部表面相互接触且过盈配合，各所述上滚筒和下滚筒之间具有供所述传输带通过的间隙，且各所述上滚筒和下滚筒与所述传输带之间过盈配合。

具体地，所述壳体内设有分别支撑各所述上滚筒和下滚筒的上支撑块和下支撑块，各所述上支撑块设有部分收容所述上滚筒的弧形收容槽，所述下支撑块设有部分收容所述下滚筒的弧形收容槽，各所述弧形收容槽分别与各所述上滚筒和下滚筒过盈配合，且各所述上支撑块和下支撑块与所述壳体密封连接。

具体地，各所述上支撑块与下支撑块内设循环冷却槽，所述循环冷却槽与外部的水冷系统连接。

具体地，各所述上支撑块两端设有轴承，各所述上滚筒的两端安装于所述轴承内，且各所述上支撑块与所述壳体于竖直方向上滑动连接，各所述上支撑块上侧及所述壳体顶部之间设有弹簧，所述弹簧压设于所述上支撑块与所述壳体顶部之间。

本发明的有益效果：本发明的微型PVD模块通过采用在所述壳体与所述传输带之间设置所述滚筒组，利用所述滚筒组与壳体和所述传输带的密封连接关系，达到所述壳体与所述传输带之间的动态密封设计；通过设置移动的靶材装置，实现了靶材装置的小型化设计，大幅度的降低了整个模块的制造成本；通过所述温度检测装置实时的测定所述壳体内表面温度、测定所述靶材装置温度及测定放置于所述传输带上的半导体基板的温度，可据此控制所述靶材装置的放热量，从而保证镀膜过程中可在合理的温度下进行；另外，本发明采用所述PVD控制系统，可实现整个镀膜过程的自动化控制。因此，本发明实现了将半导体集成制造生产线中PVD镀膜工艺的微型化和模块化。

附图说明

图1是本发明一优选实施例的外部结构示意图；

图2是图1截面A-A的剖视图；

图3是图1去除壳体后的结构示意图；

图4是图3截面B-B的剖视图；

图5是图2局部视图C的放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1～4，用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，包括一壳体1，所述壳体1横向两侧分别设有供传输带2通过的入口11和出口12，其中所述传输带2上放置有待加工的半导体基板，所述传输带2将所述壳体1分隔成上腔13与下腔14，所述壳体1之入口11和出口12处分别设有动态夹持所述传输带2的滚筒组3，各所述滚筒组3包括贴设于传输带2上侧的上滚筒31和贴设于传输带2下侧的下滚筒32，所述壳体1上还设有驱动所述滚筒组3运转的第一伺服电机4，所述下腔14的侧壁开设有连接抽气装置(图中未画出)的排气孔15，所述排气孔15设有与之适配的排气控制阀(图中未画出)，所述下腔14内设有移动靶材装置5，所述下腔14于所述传输带2与所述靶材装置5之间设有加速电磁场6，该微型PVD模块还包括PVD控制系统，所述PVD控制系统包括设于所述上腔13内并实时监测所述上腔13内气压的气压计，还包括测定所述壳体1内表面温度、测定所述靶材装置5温度及测定放置于所述传输带2上的半导体基板的温度的温度检测装置(图中没有画出)，还包括控制所述第一伺服电机4、所述排气控制阀、靶材装置5及加速电磁场6工作状态的控制器，所述控制器分别与所述第一伺服电机、排气控制阀、靶材装置、加速电磁场、气压计及温度检测装置电连接。其中，所述抽气装置可以设置于所述壳体1的内部，在本发明中，考虑到为便于整个设备的维护，所述抽气装置设置于所述壳体1的外部。

下面结合上述实施例的工作原理以介绍本发明的特点。

上述微型PVD模块在使用过程中，与其他的半导体集成制造生产线中模块一同使用，其与其他模块之间通过所述传输带2进行连接，所述传输带2上放置有待加工的半导体基板。由于半导体集成制造过程中，必需保持良好的密封性，本发明为实现所述传输带2与所述壳体1的密封关系，在所述壳体1横向两侧开设供所述传输带2通过的入口11和出口12，且在所述壳体1内于所述入口11和出口12处分别设置滚筒组3，由所述滚筒组3夹持所述传输带2，从而达到所述壳体1与传输带2之间的相互动态的密封关系。

上述微型PVD模块在工作过程中，首先由所述控制器使所述排气控制阀处于开启的状态，并使所述抽气装置进入工作状态，抽出所述壳体1内部的气体，使所述壳体1进入真空状态，在此过程中，通过所述气压计实时的监测所述壳体1内部的气压，并将测得的气压值传输至所述控制器，当所述控制检测到所述壳体1内部处于真空状态时，所述控制器控制所述靶材装置5进入工作状态，使放置所述靶材装置5上的靶材处于蒸发或者升华，成为气态粒子状态。在本发明中，为降低整个模块的制造成本，将所述靶材装置5设置成小型化的移动靶材，通过将所述靶材装置5于所述传输带2的下侧往返移动，使得所述靶材装置5产生的靶材能够均匀的分布于所述传输带2与所述靶材装置5之间，达到保证镀膜的均匀性与制造成本的低廉的双重效果。此外，在所述靶材装置5与所述传输带2之间设置加速电磁场6，可使带电的靶材粒子快速的附着到放置于所述传输带2上的半导体基板上，对于提高镀膜的速度有着重要的意义。此外，对于不同规格的半导体基板制造，其PVD镀膜时间是不同的，所述第一伺服电机4的运行状态决定放置于所述传输带2上的每一半导体基板在所述壳体1内的时间及其接受PVD镀膜的时间，在本发明中，通过将所述控制器控制所述第一伺服电机4的运转状态，从而达到控制所述传输带2运转的快慢。如此，工作人员使用本发明提供的微型PVD模块时，可事先针对待加工半导体基板的规格和镀膜要求，设定所述控制器相应的控制数据，达到合理的控制放置于所述传输带2上的每一半导体基板在所述壳体1内的时间。在本发明中，还通过所述温度检测装置分别实时的测定所述壳体1内表面温度、测定所述靶材装置5温度及测定放置于所述传输带2上的半导体基板的温度，可通过对三者温差的对比，进行确定所述靶材装置5的放热量，以实现所述壳体1内部温度的恒定控制。

请参照图2～3，在本实施例中，所述靶材装置5包括用于盛装靶材的加热锅51、固接于所述加热锅51上的加热装置52及一转动的丝杆53，所述加热锅51设有与所述丝杆53适配的螺纹孔。如此，所述加热装置52可随同所述加热锅51一同在所述丝杆53的轴向上往复的移动。其中，考虑到为便于本发明提供的微型PVD模块与其他处理模块的连接关系，所述丝杆53与所述传输带2前进的方向垂直，其两端分别通过轴承转动连接于所述壳体1纵向的两侧，如此可使所述壳体1横向两侧保持置空，便于其与其他处理模块的连接。所述靶材装置5还包括一电源连接线54，所述电源连接线54一端连接于所述加热装置52上，另一端由所述壳体1的纵向侧壁穿出，并与外部电源连接。另外，为便于所述靶材装置5在所述壳体1内移动，所述电源连接线54的长度尺寸略大于所述壳体1纵向的长度尺寸。

请参照图2，在本实施例中，所述靶材装置5还包括设于所述壳体1侧壁并驱动所述丝杆53转动的第二伺服电机55，所述第二伺服电机55与所述控制器电连接。如此，可通过为所述控制器设定控制参数，从而控制所述第二伺服机55运转的快慢，从而达到控制所述丝杆53转动的快慢，进而控制所述靶材装置5在所述传输带2下侧的移动速度。

请参照图2和图3，在本实施例中，所述加速电磁场6包括两分别设置于所述下腔14内侧壁的电磁铁。如此，在所述下腔14内位于所述传输带2与所述靶材装置5之间可形成一电磁场，当呈粒子状态的带电靶材粒子进入该电磁场，将产生电磁力，使带电靶材粒子快速的附着到放置于所述传输带2上的半导体基板上。当然，亦可在所述传输带2与所述靶材装置5之间构建竖向的电场，亦可达到同样的技术效果。

请参照图5，在本实施例中，所述壳体1由外至内依次包括铝壳外层16、硅橡胶绝热层17及不锈钢内层18。其中，所述硅橡胶绝热层17可采用硅系高分子材料制作而成。上述技术方案中，提供一种与绝热效果较佳的壳体1结构，以此减少整个微型PVD模块在工作过程中向外界散发热量，用以改善工作环境，避免工作环境温度过高。

请参照图1和图2，在本实施例中，所述壳体1包括相互扣合的上盖102与下盖103，所述上盖102与所述传输带2及上滚筒31围合成所述上腔13，所述下盖103与所述传输带2及下滚筒32围合成所述下腔14，所述上盖102与下盖103的横向侧之间具有形成所述入口11和出口12的间隙，所述上盖102与下盖103的纵向侧之间设有公母槽连接结构，所述公母槽内设有密封胶条。上述技术方案中，提供一种便于实施的壳体1结构，该壳体1由分开的上盖102和下盖103构成，所述上盖102和下盖103的纵向侧采用公母槽连接结构并配合密封胶条的密封，如此能够使所述壳体1便于实施，同时又具备良好的密封效果。

请参照图3和图4，在本实施例中，各所述上滚筒31和下滚筒32的表面设有弹性层，各所述上滚筒31和下滚筒32的两端部表面相互接触且过盈配合，各所述上滚筒31和下滚筒32之间有供所述基板2通过的间隙，且各所述上滚筒31和下滚筒32与基板2之间过盈配合。其中，所述弹性层采用硅橡胶制作而成。上述技术方案给了所述滚筒组3的具体密封方式，通过将所述上滚筒31、下滚筒32及基板2相互接触部分设置成弹性接触，如此，当所述基板2随同所述滚筒组3运转过程中，可时刻保持良好的密封效果，实现动态密封。

请参照图1、图3及图4，在本实施例中，所述壳体1内设有分别支撑各所述上滚筒31和下滚筒32的上支撑块81和下支撑块82，各所述上支撑块81设有部分收容所述上滚筒31的弧形收容槽7，所述下支撑块82设有部分收容所述下滚筒32的弧形收容槽7，各所述弧形收容槽7分别与各所述上滚筒31和下滚筒32过盈配合，且各所述上支撑块81和下支撑块82与所述壳体1密封连接。上述技术方案中给出了所述滚筒组3具体的密封安装方式，其通过采用与所述壳体1密封连接的上支撑块81与下支撑块82，并于所述上支撑块81与所述下支撑块82内开设有与所述上滚筒31和下滚筒32过盈配合的弧形收容槽7进行部分的收容，以实现所述上支撑块81与所述上滚筒31之间的密封连接，所述下支撑块82与所述下滚筒31之间的密封连接，从而实现所述滚筒组3与所述壳体1的密封连接关系。其中，所述弧形收容槽7的弧度优选的设定在之间，在本实施例中，所述弧形收容槽7的弧度为π。

请参照图1、图2及图3，在本实施例中，由于所述滚筒组3与各所述上支撑块81和下支撑块82之间采用过盈配合的连接方式，势必导致连接面因摩擦而发热，为将因上述原因产生的热量较快的向外界散发，各所述上支撑块81与下支撑块82内设循环冷却槽，所述循环冷却槽与外部的水冷系统连接。具体地，所述循环冷却槽通过冷却管道9与外部的水冷系统连接，所述冷却管道9由所述壳体1的纵向侧贯穿所述壳体1。

请参照图1、图2和图3，在本实施例中，各所述上支撑块81两端设有轴承811，各所述上滚筒31的两端安装于所述轴承811内，且各所述上支撑块81与所述壳体1于竖直方向上滑动连接，各所述上支撑块81上侧及所述壳体1顶部之间设有弹簧10，所述弹簧10压设于所述上支撑块81与所述壳体1顶部之间。如此，通过在各所述上支撑块81两端设置轴承811，并将所述上滚筒31安装于所述轴承811内，如此在位置关系上，可使所述上支撑块81与所述上滚筒31相对固定，即可将所述上支撑块81与所述上滚筒31视为一整体。因此，将所述上支撑块81与所述壳体1之间的连接关系设置成于竖直方向上滑动连接，可使所述上滚筒31于竖直方向具有位移的自由度。当不同厚度规格的半导体基板经过时，所述上滚筒31可随同所述上支撑块81于竖直方向上滑动，以适应半导基板厚度的变化。同时，为使所述上滚筒31能够保持对所述传输带2上的半导板基板具备良好的压紧作用，各所述上支撑块81上侧及所述壳体1顶部之间设有受压的弹簧10，利用所述弹簧10受压时呈现的对外张力，所述上滚筒31时刻具备向下的作用下，以保证所述上滚筒31与所述传输带2之间的密封效果。此外，各所述下滚筒32则安装于所述壳体1的侧壁，亦采用轴承安装的方式，在此不作赘述。

在本实施例中，所述壳体1纵向侧面设有与所述控制器相互通信的人机接口和显示屏。如此，可通过所述控制器将所述气压计监测所得的气压参数和所述温度检测装置监测所得的温度参数传送至所述人机接口并由所述显示屏显示出来，以便工作人员掌控整个微型PVD模块的工作状态。

综上所述，本发明的微型PVD模块通过采用在所述壳体1与所述传输带2之间设置所述滚筒组3，利用所述滚筒组3与壳体1和所述传输带2的密封连接关系，达到所述壳体1与所述传输带2之间的动态密封设计；通过设置移动的靶材装置5，实现了靶材装置5的小型化设计，大幅度的降低了整个模块的制造成本；通过所述温度检测装置实时的测定所述壳体内表面温度、测定所述靶材装置温度及测定放置于所述传输带上的半导体基板的温度，可据此控制所述靶材装置5的放热量，从而保证镀膜过程中可在合理的温度下进行；另外，本发明采用所述PVD控制系统，可实现整个镀膜过程的自动化控制。因此，本发明实现了将半导体集成制造生产线中PVD镀膜工艺的微型化和模块化，

以上所述仅为本发明较佳的实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，包括一壳体，其特征在于：所述壳体横向两侧分别设有供传输带通过的入口和出口，且所述传输带将所述壳体分隔成上腔与下腔，所述壳体之入口和出口处分别设有动态夹持所述传输带的滚筒组，各所述滚筒组包括贴设于传输带上侧的上滚筒和贴设于传输带下侧的下滚筒，所述壳体上还设有驱动所述滚筒组运转的第一伺服电机，所述下腔的侧壁开设有连接抽气装置的排气孔，所述排气孔设有与之适配的排气控制阀，所述下腔内设有移动靶材装置，所述下腔于所述传输带与所述靶材装置之间设有加速电磁场，该微型PVD模块还包括PVD控制系统，所述PVD控制系统包括设于所述上腔内并实时监测所述上腔内气压的气压计，还包括测定所述壳体内表面温度、测定所述靶材装置温度及测定放置于所述传输带上的半导体基板的温度的温度检测装置，还包括控制所述第一伺服电机、所述排气控制阀、靶材装置及加速电磁场工作状态的控制器，所述控制器分别与所述第一伺服电机、排气控制阀、靶材装置、加速电磁场、气压计及温度检测装置电连接。

2.根据权利要求1所述的用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，其特征在于：所述靶材装置包括用于盛装靶材的加热锅、固接于所述加热锅上的加热装置及一转动的丝杆，所述加热锅或加热装置设有与所述丝杆适配的螺纹孔。

3.根据权利要求2所述的用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，其特征在于：所述靶材装置还包括设于所述壳体侧壁并驱动所述丝杆转动的第二伺服电机，所述第二伺服电机与所述控制器电连接。

4.根据权利要求1所述的用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，其特征在于：所述加速电磁场包括两分别设置于所述下腔内侧壁的电磁铁。

5.根据权利要求1所述的用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，其特征在于：所述壳体由外至内依次包括铝壳外层、硅橡胶绝热层及不锈钢内层。

6.根据权利要求1所述的用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，其特征在于：所述壳体包括相互扣合的上盖与下盖，所述上盖与所述传输带及上滚筒围合成所述上腔，所述下盖与所述传输带及下滚筒围合成所述下腔，所述上盖与下盖的横向侧之间具有形成所述入口和出口的间隙，所述上盖与下盖的纵向侧之间设有公母槽连接结构，所述公母槽内设有密封胶条。

7.根据权利要求1所述的用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，其特征在于：各所述上滚筒和下滚筒的表面设有弹性层，各所述上滚筒和下滚筒的两端部表面相互接触且过盈配合，各所述上滚筒和下滚筒之间具有供所述传输带通过的间隙，且各所述上滚筒和下滚筒与所述传输带之间过盈配合。

8.根据权利要求7所述的用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，其特征在于：所述壳体内设有分别支撑各所述上滚筒和下滚筒的上支撑块和下支撑块，各所述上支撑块设有部分收容所述上滚筒的弧形收容槽，所述下支撑块设有部分收容所述下滚筒的弧形收容槽，各所述弧形收容槽分别与各所述上滚筒和下滚筒过盈配合，且各所述上支撑块和下支撑块与所述壳体密封连接。

9.根据权利要求8所述的用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，其特征在于：各所述上支撑块与下支撑块内设循环冷却槽，所述循环冷却槽与外部的水冷系统连接。

10.根据权利要求8或9所述的用于半导体集成制造生产线中的微型PVD模块，其特征在于：各所述上支撑块两端设有轴承，各所述上滚筒的两端安装于所述轴承内，且各所述上支撑块与所述壳体于竖直方向上滑动连接，各所述上支撑块上侧及所述壳体顶部之间设有弹簧，所述弹簧压设于所述上支撑块与所述壳体顶部之间。