CN103173730B - 一种磁控溅射设备及其工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁控溅射设备及其工艺方法，磁控溅射设备包括装卸腔室、反应腔室以及传输腔室，所述装卸腔室用于装卸被加工工件，在所述反应腔室内设有用以支撑被加工工件的静电卡盘，在所述传输腔室内设有用以在所述装卸腔室和所述反应腔室之间传输所述被加工工件的机械手，其中，用于遮挡所述静电卡盘表面的遮挡盘放置在所述反应腔室外，当需要遮挡所述静电卡盘表面时，所述遮挡盘通过所述机械手被传输至所述静电卡盘的上方，当不需要遮挡所述静电卡盘表面时，再通过所述机械手将所述遮挡盘从所述静电卡盘的上方传输至所述反应腔室外。这不仅可以减小反应腔室的体积，简化磁控溅射设备的结构，而且还可以降低磁控溅射设备的制造成本。

Description

一种磁控溅射设备及其工艺方法

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及其工艺方法。

背景技术

磁控溅射是在高真空度的反应腔室内激发出等离子体，然后利用等离子体中的正离子轰击靶材，以溅射出靶材原子，并使靶材原子沉积在硅片等被加工工件上。在实际应用中，由于靶材的纯度较高，很容易在其表面形成一层氧化物，这层氧化物会对磁控溅射的沉积工艺造成不良影响。因此，在实施沉积工艺之前需要将靶材表面的氧化物去除。

溅射方法是目前去除靶材表面的氧化物的常用方法。在去除氧化物的过程中，被去除的氧化物由于重力作用容易掉落在位于靶材下方的用以承载被加工工件的静电卡盘的表面上，这将对后续的沉积工艺造成不良影响。为此，在去除氧化物时，需要采用遮挡盘将静电卡盘遮挡；在将氧化物去除后，再将遮挡盘移开。

图1为现有的磁控溅射设备的俯视图。请参阅图1，磁控溅射设备包括装卸腔室1、反应腔室3以及传输腔室2。其中，装卸腔室1用以装载、卸载以及存放被加工工件；反应腔室3用以实施溅射工艺；传输腔室2内设有机械手，其用以在装卸腔室1和反应腔室3之间传输被加工工件。

图2为现有的磁控溅射设备中反应腔室的结构示意图。请参阅图2，在反应腔室3内的上方设置有金属靶材301，在反应腔室3内的下方且与金属靶材301相对的位置处设有用以承载被加工工件的静电卡盘302。在静电卡盘302的底部设有支撑针315，其通过支撑针联杆316与支撑针电机317连接，在支撑针电机317的驱动下，支撑针315的顶端可高出静电卡盘302的上表面或低于静电卡盘302的下表面。在紧邻静电卡盘302的侧面设有用于遮挡静电卡盘的遮挡单元，其包括遮挡盘311、用于承载遮挡盘311的遮挡托盘312、遮挡电机314以及连接遮挡托盘312和遮挡电机314的遮挡联杆313。在遮挡电机314的驱动下，遮挡托盘312可将遮挡盘311旋转至静电卡盘302的上方或移开静电卡盘302的上方。而且，为了避免遮挡盘311影响沉积工艺，在反应腔室3的侧壁上设有与反应腔室3连通的用于放置遮挡盘311的辅助腔室31。在去除金属靶材301表面的氧化物后，遮挡盘311随遮挡托盘312自静电卡盘302的上方旋转至辅助腔室31位置。

在现有的磁控溅射设备中，遮挡单元设置在反应腔室3内，由于体积较大，需要占据较大的空间，这不仅增加了反应腔室3的体积，而且增加了反应腔室3的复杂性，从而导致磁控溅射设备制造成本以及运行成本的增加。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种磁控溅射设备及其工艺方法，其通过机械手将设置于反应腔室外的遮挡盘如传输待加工工件般传输至反应腔室内的静电卡盘上方，以避免静电卡盘受到污染。

为实现本发明的目的而提供一种磁控溅射设备，包括装卸腔室、反应腔室以及传输腔室，所述装卸腔室用于装卸被加工工件，在所述反应腔室内设有用以支撑被加工工件的静电卡盘，在所述传输腔室内设有用以在所述装卸腔室和所述反应腔室之间传输所述被加工工件的机械手，其中，用于遮挡所述静电卡盘表面的遮挡盘放置在所述反应腔室外，当需要遮挡所述静电卡盘表面时，所述遮挡盘通过所述机械手被传输至所述静电卡盘的上方，当不需要遮挡所述静电卡盘表面时，再通过所述机械手将所述遮挡盘从所述静电卡盘的上方传输至所述反应腔室外。

其中，所述遮挡盘放置在所述装卸腔室内，所述遮挡盘通过所述机械手自所述装卸腔室被传输至所述静电卡盘的上方，或者自所述静电卡盘的上方被传输至所述装卸腔室。

其中，在所述装卸腔室内设置有用以盛放所述被加工工件和所述遮挡盘的承载装置，所述承载装置包括载板和支撑所述载板的支架，所述支架竖直设置，所述载板固定在所述支架上并与所述支架垂直，所述被加工工件和所述遮挡盘放置在所述载板的上表面。

其中，所述承载装置包括多个载板，所述多个载板沿所述支架的长度方向间隔设置在所述支架上。

其中，所述载板为两根板材，所述两根板材分离设置，并且两根所述板材的上表面在同一水平面。

其中，包括用于升降所述承载装置的承载装置升降机构，所述承载装置升降机构包括底座、承载装置动力源以及连接所述底座和所述承载装置动力源的联杆，所述承载装置设置在所述底座上，在所述承载装置动力源的驱动下，所述承载装置随所述底座在所述装卸腔室的竖直方向上下移动。

其中，所述动力源为电动缸或气动缸。

本发明还提供一种采用本发明提供的上述磁控溅射设备的工艺方法，其中，所述方法，包括：

当需要遮挡所述静电卡盘表面时，位于传输腔室内用以在装卸腔室和反应腔室之间传输被加工工件的机械手将设置于反应腔室外的遮挡盘传输至反应腔室内的静电卡盘的上方，当不需要遮挡所述静电卡盘表面时，再通过所述机械手将所述遮挡盘从所述静电卡盘的上方传输至所述反应腔室外。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的磁控溅射设备，其将用于遮挡静电卡盘表面的遮挡盘放置在反应腔室外，并借助机械手将遮挡盘传输至反应腔室内的静电卡盘上方或从所述静电卡盘的上方传输至所述反应腔室外，这样在反应腔室内就无需专门设置用于放置遮挡盘的辅助腔室，从而减小了反应腔室的体积，简化了磁控溅射设备的结构，更重要地是，可以缩短反应腔室的抽真空时间，从而提高生产效率，降低生产成本。除此之外，借助机械手来传输遮挡盘还可以省去用以移动遮挡盘的遮挡电机和遮挡联杆，从而可以降低磁控溅射设备的制造成本。

本发明还提供了一种工艺方法，其采用的上述磁控溅射设备将用于遮挡静电卡盘表面的遮挡盘放置在反应腔室外，并借助机械手将遮挡盘传输至反应腔室内的静电卡盘上方或从所述静电卡盘的上方传输至所述反应腔室外，这样在反应腔室内就无需专门设置用于放置遮挡盘的辅助腔室，从而减小了反应腔室的体积，简化了磁控溅射设备的结构，更重要地是，可以缩短反应腔室的抽真空时间，从而提高生产效率，降低生产成本。除此之外，借助机械手来传输遮挡盘还可以省去用以移动遮挡盘的遮挡电机和遮挡联杆，从而可以降低磁控溅射设备的制造成本。

附图说明

图1为现有的磁控溅射设备的俯视图；

图2为现有的磁控溅射设备中反应腔室的结构示意图；

图3为本发明提供的磁控溅射设备的俯视图；

图4为本发明提供的磁控溅射设备中反应腔室的结构示意图；

图5a为本发明实施例一磁控溅射设备中装卸腔室的剖面图；以及

图5b为沿图5a中A-A线的剖面图。

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及其工艺方法进行详细描述。

图3为本发明提供的磁控溅射设备的俯视图。请参阅图3，磁控溅射设备包括装卸腔室1、传输腔室2以及反应腔室3。其中，装卸腔室1用于装、卸载被加工工件，如装载待放入磁控溅射设备的未加工的被加工工件或者卸载自磁控溅射设备取出的已加工的被加工工件。在传输腔室2内设有用于传输被加工工件的机械手(图中未示出)，借助机械手能够将未加工的被加工工件自装卸腔室1传输至反应腔室3，或者，将已加工的被加工工件自反应腔室3传输至装卸腔室1。反应腔室3用于加工被加工工件，如刻蚀或沉积薄膜。

图4为本发明提供的磁控溅射设备中反应腔室的结构示意图。请参阅图4，在反应腔室3内的上方设置有金属靶材301，在反应腔室3内的下方且与金属靶材301相对的位置处设有用以承载被加工工件4的静电卡盘302。在反应腔室3的室壁上设有与传输腔室2连通的第一闸板阀61。在进行沉积工艺时，机械手将被加工工件4自装卸腔室1传输至反应腔室3内的静电卡盘302上，或自静电卡盘302传输至装卸腔室1内。

实施例一

图5a为本发明实施例一的磁控溅射设备中装卸腔室的剖面图。图5b为沿图5a中A-A线的剖面图。请一并参阅图5a和图5b，在装卸腔室1内设有用于盛放被加工工件4和遮挡盘311的承载装置以及用以调节承载装置高低的承载装置升降机构。在装卸腔室1的室壁上设有与传输腔室2连通的第二闸板阀62。

承载装置包括四副载板和用以支撑载板的支架51，其中，支架51竖直设置，四副载板沿支架51的长度方向(即，沿竖直方向)彼此间隔地固定在支架51上，并且载板与支架51垂直。每副载板包括彼此分离设置的两根板材52，即，两根板材52之间具有一定的间隔，并且两根板材52的上表面在同一水平面上，被加工工件4或遮挡盘311放置在板材52的上表面。本实施例是将遮挡盘311放置于装卸腔室1内，并借助机械手实现遮挡盘311的传输，如将遮挡盘311自装卸腔室1传输至反应腔室3内的静电卡盘302的上方，或自静电卡盘302传输至装卸腔室1内。显然，机械手传输遮挡盘311的方式与被加工工件4的传输方式相同。这样，无需在反应腔室3内设置用于放置遮挡盘311的辅助腔室，从而减小了反应腔室的体积，简化了磁控溅射设备的结构。更重要地是，反应腔室体积的缩小可以缩短反应腔室的抽真空时间，从而可以提高生产效率，降低生产成本。除此之外，相对于现有技术而言，通过机械手来传输遮挡盘可以省去用以移动遮挡盘的遮挡电机和遮挡联杆，从而降低磁控溅射设备的制造成本。

承载装置升降机构包括底座53、承载装置动力源55以及连接底座53和承载装置动力源55的联杆54。其中，承载装置设置在底座53上。承载装置动力源55可以为电动缸或气动缸等驱动装置。在进行沉积工艺或进行去除金属靶材301的氧化物的过程中，承载装置在承载装置动力源55的驱动下沿装卸腔室1的竖直方向上下移动，以使相应载板的高度与机械手的高度相适配，从而使机械手能够顺利地取放被加工工件4和/或遮挡盘311。

如图4所示，在本实施例中，在反应腔室3内且位于静电卡盘302的下方还设有用以支撑遮挡盘311的遮挡盘支撑单元，遮挡盘支撑单元包括支撑针315、支撑针升降动力源317以及连接支撑针315和支撑针升降动力源317的支撑针联杆316。其中，支撑针升降动力源317为电动缸或气动缸等驱动装置。支撑针315在支撑针动力源317的驱动下，其顶端可高出静电卡盘302的上表面或低于静电卡盘302的下表面。使用时，支撑针315的顶端上升至高出静电卡盘302的上表面的位置，然后遮挡盘311放置于支撑针315的顶端，从而将遮挡盘311设置在静电卡盘302的上方，这样可以避免遮挡盘311污染静电卡盘302的上表面。

需要说明的是，本实施例中，承载装置包括四副载板，但在实际应用中并不局限于此。载板的数量可以为任意数量，只要能够在装载腔室内放置遮挡盘，即能够实现本发明的目的。

另外，本实施例中，每副载板包括两根板材52，但在实际应用中，载板的结构并不局限于此。载板可以包括两根以上板材，如三根、四根等，只要保证其中两根板材之间的间距能够便于机械手取放被加工工件或遮挡盘即可。而且，板材52的形状可以是条状、圆弧状等结构。

实施例二

本实施例是将遮挡盘311放置在传输腔室2内，即在传输腔室2内设置用于盛放遮挡盘311的承载装置以及用以调节承载装置高低的承载装置升降机构。该承载装置和承载装置升降机构的结构特征与第一实施例相同，在此不再赘述。在本实施例中，遮挡盘311放置于传输腔室2内，并借助机械手实现遮挡盘311的传输，如将遮挡盘311自传输腔室2传输至反应腔室3内的静电卡盘302的上方，或自静电卡盘302传输至传输腔室2内。将遮挡盘311放置在传输腔室2内，同样避免了在反应腔室3内设置用于放置遮挡盘311的辅助腔室，从而减小了反应腔室的体积，简化了磁控溅射设备的结构。更重要地是，反应腔室体积的缩小可以缩短反应腔室的抽真空时间，从而可以提高生产效率，降低生产成本。而且，通过机械手来传输遮挡盘可以省去用以移动遮挡盘的遮挡电机和遮挡联杆，从而降低磁控溅射设备的制造成本。

除此之外，第二实施例的其它特征与第一实施例相同，这里不再赘述。

需要说明的是，放置遮挡盘311的位置并不局限于第一实施例和第二实施例所述的技术方案，在实际应用中，只要是将遮挡盘311放置在反应腔室3之外且能够借助机械手来传输遮挡盘311的任何位置，均能够达到本发明的目的。

综上所述，本实施例提供的上述磁控溅射设备，其通过将用于遮挡静电卡盘表面的遮挡盘放置在反应腔室外，并借助机械手传输遮挡盘，这样在反应腔室内就无需专门设置用于放置遮挡盘的辅助腔室，从而减小了反应腔室的体积，简化了磁控溅射设备的结构，更重要地是，可以缩短反应腔室的抽真空时间，从而提高生产效率，降低生产成本。除此之外，借助机械手来传输遮挡盘还可以省去用以移动遮挡盘的遮挡电机和遮挡联杆，从而可以降低磁控溅射设备的制造成本。

本实施例提供一种上述实施例的磁控溅射设备的工艺方法，当需要遮挡静电卡盘表面时，遮挡盘通过机械手被传输至静电卡盘的上方；当不需要遮挡静电卡盘表面时，再通过机械手将遮挡盘从静电卡盘的上方传输至装卸腔室内。请一并参阅图3、图4和图5，磁控溅射设备的工艺方法的具体步骤如下：

步骤1，将用于遮挡静电卡盘302表面的遮挡盘311放置于装卸腔室1内的承载装置上；

步骤2，开启位于装卸腔室1室壁的第二闸板阀62，同时承载装置动力源55驱动承载装置沿装卸腔室1的竖直方向向上或向下移动，以使相应的承载有遮挡盘311的承载板的高度与机械手的高度相适配；

步骤3，机械手通过第二闸板阀62进入装卸腔室1内取出相应位置的遮挡盘311；

步骤4，机械手进入传输腔室2，关闭第二闸板阀62，并开启第一闸板阀61；

步骤5，装载有遮挡盘311的机械手通过第一闸板阀61进入反应腔室3内并将遮挡盘311放置于静电卡盘302的上方；

步骤6，空载的机械手返回传输腔室2中，并关闭第一闸板阀61；

步骤7，开始对靶材进行去氧化工艺；

步骤8，待去氧化工艺完成后，开启第一闸板阀61，机械手通过第一闸板阀61进入反应腔室3内并取出遮挡盘311；

步骤9，关闭第一闸板阀61，开启第二闸板阀62；

步骤10，装载有遮挡盘311的机械手通过第二闸板阀62进入装卸腔室1内并将遮挡盘311放回相应的承载板上。

本发明提供的工艺方法，其采用的本发明提供的磁控溅射设备将用于遮挡静电卡盘表面的遮挡盘放置在反应腔室外，并采用与机械手将待加工工件传输至反应腔室内的静电卡盘上方近似相同的方法来将遮挡盘传输至反应腔室内的静电卡盘上方，这样在反应腔室内就无需专门设置用于放置遮挡盘的辅助腔室，从而减小了反应腔室的体积，简化了磁控溅射设备的结构，更重要地是，可以缩短反应腔室的抽真空时间，从而提高生产效率，降低生产成本。除此之外，借助机械手来传输遮挡盘还可以省去用以移动遮挡盘的遮挡电机和遮挡联杆，从而可以降低磁控溅射设备的制造成本。

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 (5)

1.一种磁控溅射设备，包括装卸腔室、反应腔室以及传输腔室，所述装卸腔室用于装卸被加工工件，在所述反应腔室内设有用以支撑被加工工件的静电卡盘，在所述传输腔室内设有用以在所述装卸腔室和所述反应腔室之间传输所述被加工工件的机械手，其特征在于，用于遮挡所述静电卡盘表面的遮挡盘放置在所述装卸腔室内，当需要遮挡所述静电卡盘表面时，所述遮挡盘通过所述机械手自所述装卸腔室被传输至所述静电卡盘的上方，当不需要遮挡所述静电卡盘表面时，再通过所述机械手将所述遮挡盘从所述静电卡盘的上方传输至所述装卸腔室，

在所述装卸腔室内设置有用以盛放所述被加工工件和所述遮挡盘的承载装置，所述承载装置包括载板和支撑所述载板的支架，所述支架竖直设置，所述载板固定在所述支架上并与所述支架垂直，所述被加工工件和所述遮挡盘放置在所述载板的上表面，

在所述装卸腔室内设置有用于升降所述承载装置的承载装置升降机构，所述承载装置升降机构包括底座、承载装置动力源以及连接所述底座和所述承载装置动力源的联杆，所述承载装置设置在所述底座上，在所述承载装置动力源的驱动下，所述承载装置随所述底座在所述装卸腔室的竖直方向上下移动，以使相应载板的高度与所述机械手的高度相适配。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述承载装置包括多个载板，所述多个载板沿所述支架的长度方向间隔设置在所述支架上。

3.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述载板为两根板材，所述两根板材分离设置，并且两根所述板材的上表面在同一水平面。

4.根据权利要求1所述的磁控溅射设备，其特征在于，所述承载装置动力源为电动缸或气动缸。

5.一种采用权利要求1-4任意一项所述的磁控溅射设备的工艺方法，其特征在于，所述方法，包括：

当需要遮挡所述静电卡盘表面时，位于传输腔室内用以在装卸腔室和反应腔室之间传输被加工工件的机械手将设置于反应腔室外的遮挡盘传输至反应腔室内的静电卡盘的上方，当不需要遮挡所述静电卡盘表面时，再通过所述机械手将所述遮挡盘从所述静电卡盘的上方传输至所述反应腔室外。