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1、(10)申请公布号 CN 103173730 A (43)申请公布日 2013.06.26 CN 103173730 A *CN103173730A* (21)申请号 201110439653.6 (22)申请日 2011.12.23 C23C 14/35(2006.01) C23C 14/50(2006.01) (71)申请人 北京北方微电子基地设备工艺研究 中心有限责任公司 地址 100176 北京市北京经济技术开发区文 昌大道 8 号 (72)发明人 夏威 王厚工 宗令蓓 窦润江 陈春伟 (74)专利代理机构 北京天昊联合知识产权代理 有限公司 11112 代理人 彭瑞欣 张天舒 (54。
2、) 发明名称 一种磁控溅射设备及其工艺方法 (57) 摘要 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。
3、。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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103173730 A CN 103173730 A *CN103173730A* 1/1 页 2 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。
4、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。 2. 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。 3. 根据权利要求 2 所述的磁控溅射设备， 其特征在于， 在所述装卸腔。
5、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。 4. 根据权利要求 3 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。 5. 根据权利要求 3 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。 6. 根据权利要求 3 所述的磁控溅射设备， 其特征在于， 包括用于升降所述承载装。
6、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。 7. 根据权利要求 6 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。 8. 一种采用权利要求 1-7 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。
7、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。 权 利 要 求 书 CN 103173730 A 2 1/5 页 3 一种磁控溅射设备及其工艺方法 技术领域 0001 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 0002 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。
8、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。 0003 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。 0004 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 。
9、； 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。 0005 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。
10、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。 0006 在现有的磁控溅射设。
11、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 0007 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。 0008 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 说 明 书 CN 103173730 A 3 2/5 页 4 输腔室， 所述装卸腔室用于装卸被加工工件， 在。
12、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。 0009 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。 0010 其中， 在所述装。
13、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。 0011 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。 0012 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。 0013 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。
14、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。 0014 其中， 所述动力源为电动缸或气动缸。 0015 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 ： 0016 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。 0017 本发明具有下述有益效果 ： 0018 。
15、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。 0019 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。
16、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 说 明 书 CN 103173730 A 4 3/5 页 5 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 0020 图 1 为现有的磁控溅射设备的俯视图 ； 0021 图 2 为现有的磁控溅射设备。
17、中反应腔室的结构示意图 ； 0022 图 3 为本发明提供的磁控溅射设备的俯视图 ； 0023 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 ； 0024 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 0025 图 5b 为沿图 5a 中 A-A 线的剖面图。 具体实施方式 0026 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。 0027 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、。
18、 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。 0028 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。
19、。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。 0029 实施例一 0030 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。 0031 承。
20、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 30。
21、2 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 说 明 书 CN 103173730 A 5 4/5 页 6 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。 0032 承载装置升降机构包括底座 53、 承载装置动力源 。
22、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。 0033 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。
23、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。 0034 需要说明的是， 本实施例中， 承载装置包括四副载板， 但在实。
24、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。 0035 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。 0036 实施例二 0037 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。
25、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。
26、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。 0038 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。 0039 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。 说 明 书 CN 103173730 A 6 5/5 页 7 0040 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。
27、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。 0041 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。
28、溅射设备的工艺方法的具体步骤如下 ： 0042 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 ； 0043 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 ； 0044 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 ； 0045 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 ； 0046 步骤 5， 装载有遮。
29、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 ； 0047 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 ； 0048 步骤 7， 开始对靶材进行去氧化工艺 ； 0049 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 ； 0050 步骤 9， 关闭第一闸板阀 61， 开启第二闸板阀 62 ； 0051 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。 005。
30、2 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。 0053 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。 说 明 书 CN 103173730 A 7 1/3 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103173730 A 8 2/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103173730 A 9 3/3 页 10 图 5a 图 5b 说 明 书 附 图 CN 103173730 A 10 。