CN102534473B - 加热装置及应用该加热装置的基片处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加热装置，用于在基片处理设备中对基片进行加热，该加热装置包括多个加热灯及用于安装多个加热灯的安装板，以及与上述安装板相连接的旋转机构，该旋转机构用于驱动安装板进行旋转运动，从而实现对基片的快速、均匀加热。此外，本发明还提供一种应用上述加热装置的基片处理设备。

Description

加热装置及应用该加热装置的基片处理设备

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种加热装置及应用该加热装置的基片处理设备。

背景技术

随着技术进步，半导体集成电路产业作为一种重要的微电子产品行业，正在以惊人的速度不断更新。其中，用于制备集成电路中铜互连层的PVD工艺是一项非常关键的技术环节。

请参阅图1，为目前PVD工艺的主要工序示意图。如图所示，在进行Cu沉积之前需要先进行去气、预清洗及Ta(N)沉积等几个步骤。其中，所述去气步骤是指对基片加热使之升温至一定温度(通常为350℃或更高)以去除基片上的水蒸气及其它易挥发性杂质的工艺步骤。并且，在基片去气过程中，需要同时满足升温快速和均匀的要求；否则，会影响后续步骤的均匀性、更甚者将造成基片破碎等的问题。基于上述考虑，技术人员设计出一种专用的基片加热设备。

请参阅图2，为目前一种常用的基片加工设备的结构示意图。该设备包括：加热腔室8、设置于加热腔室8内部的基片支撑平台5，待加热的基片4被放置在该基片支撑平台5上，在基片支撑平台5内部设置有加热丝组件6；同时，在加热腔室8的上部设置有贴合在一起的加热灯安装板1和反射板2，安装板1上具有冷却水进口10和出口9，用于在基片加热过程中对反射板2进行水冷却；加热灯泡11穿过设置在安装板1和反射板2上的安装孔而与安装板1上方的加热灯组件7相连接。在进行基片加热时，上述加热灯泡11和加热丝组件6同时对基片进行加热，由于加热灯具有升温快速的特点，而加热丝又具有加热均匀的特点，因此，该加热设备可基本实现对基片快速加热的作用。

尽管如此，上述设备依然不可避免地存在下述缺点：

在上述加热腔室内，位于基片上方的加热灯泡以直接照射的方式对基片进行加热，这就导致基片表面距离加热灯泡较近的区域受到的热辐射要大于距离加热灯泡较远的区域所受到的热辐射；具体地，加热灯泡正对的基片区域所受到的热辐射会明显大于加热灯泡周围的基片区域所受到的热辐射，从而造成加热灯泡的间隔位置处所对应的基片区域所受到的热辐射明显偏低的问题；因而，造成正对加热灯泡与处于加热灯泡间隔位置处的基片区域的温度不均匀的问题。如果上述受热不均的问题不能得到有效改善，不仅会影响基片后续工艺的均匀性，严重时还可能造成基片破碎等的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种加热装置，其能够对基片进行快速且均匀的加热。

为解决上述问题，本发明还提供一种基片处理设备，其同样能够对基片进行快速且均匀的加热。

为此，本发明提供一种加热装置，用于在基片处理设备中对基片进行加热。该加热装置包括多个加热灯及用于安装多个加热灯的安装板，以及与安装板相连接的旋转机构；旋转机构用于驱动安装板进行旋转运动。

其中，安装板在旋转机构的驱动下进行匀速旋转。

其中，安装板在完成一次基片加热的工艺时间内旋转整倍圈数。

其中，旋转机构包括驱动电机、传动部以及旋转轴，其中，驱动电机用于提供使安装板旋转的驱动力；传动部用于将驱动电机的驱动力传输至旋转轴；旋转轴与安装板的大致中心位置相连接，用以驱动安装板绕其中心进行旋转。

其中，传动部包括涡轮/蜗杆传动结构，和/或齿轮传动结构，和/或传动带传动结构。

其中，上述加热装置还包括接电部，用于将多个加热灯与电源相连接。接电部包括电刷、环形电极；其中，环形电极与安装板同步旋转，并与加热灯电连接；电刷的一端与电源相连接，另一端与环形电极配合接触以将电源连接至加热灯。

其中，上述加热装置还包括与安装板贴合在一起的反射板，用以将加热灯的热辐射向基片所在方向进行反射。

其中，上述加热装置还包括冷却管路，通过向冷却管路中通入冷却液体或气体而对反射板和/或安装板进行冷却。其中，冷却管路包括旋转接头，用于向冷却管路中通入冷却液体或气体。

此外，本发明还提供一种基片处理设备，包括加热腔室，在加热腔室内设置有上述本发明提供的加热装置，用以对基片进行快速、均匀的加热。

优选地，在加热腔室内还设置有用于承载基片的基片支撑平台，以及用于驱动基片支撑平台进行旋转的旋转装置。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的加热装置，包括多个加热灯及用于安装多个加热灯的安装板，以及与安装板相连接的旋转机构；首先，由于上述加热装置利用加热灯的热辐射对基片进行加热，因而具有升温速度快的优点；同时，借助上述旋转机构驱动安装板进行旋转运动，使加热灯对基片各个区域进行扫描式加热，从而使基片各个区域所受到的热辐射大致相等，进而使基片各个区域的升温趋于均匀。综上所述，本发明提供的加热装置具有升温快速且均匀等的优点。

本发明提供的基片处理设备包括加热腔室及设置在加热腔室内的上述本发明提供的加热装置，借助该加热装置能够对基片进行快速且均匀的加热。因此，本发明提供的基片处理设备同样能够对基片进行快速且均匀的加热。

附图说明

图1为目前常用的PVD工艺的主要工序示意图；

图2为目前一种常用的基片加工设备的结构示意图；

图3为本发明提供的加热装置一个具体实施例的结构示意图；

图4为图3所示的加热装置中所采用的一种加热灯泡的排布方式；以及

图5为本发明提供的基片处理设备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加热装置及基片处理设备进行详细描述。

本发明提供的加热装置，主要用于在基片处理设备中对基片进行加热，该加热装置包括多个加热灯及用于安装该多个加热灯的安装板。此外，还包括与上述安装板相连接的旋转机构，借助该旋转机构可驱动安装板进行旋转，以带动上述加热灯在基片上方进行旋转并对整个基片区域进行扫描，从而使基片各个区域获得大致相等的热辐射，进而使基片各区域的升温速度和温度分布均趋于均匀。

在一个优选实施方式中，可以使上述安装板在旋转机构的驱动下进行匀速旋转运动，以获得更加均匀的加热效果。更优选地，还可以使安装板在完成一次基片加热工艺的时间内所旋转的圈数为整数；具体地，使安装板旋转的角速度ω满足下式所述的关系：

ω＝2πn/t            式(1)

其中，t为完成一次加热工艺的时间，n为正整数。

在实际应用中，可以根据经验或通过实验获得完成一次加热工艺所需的准确时间，并预先确定在上述工艺时间内安装板所旋转的圈数，从而根据式(1)所述的关系即可得出上述安装板的旋转角速度。例如，完成一次加热工艺需时60s，预设在工艺时间内使安装板转动5圈整，则可将安装板的转速设定为π/6(rad/s)。

需要指出的是，上述基片加热工艺可以是背景技术中所述的基片去气工艺；或者，也可以是对基片进行预热以使其达到所需工艺温度的加热工艺；以及，其它用途的基片加热工艺。

还需要指出的是，上述使安装板进行匀速旋转并使之在一次工艺时间内旋转整圈数的方案仅仅是本发明提供的加热装置的一种优选的实施方式，但本发明并不局限于此，例如，还可以使上述安装板进行变速旋转运动，且并非必需在一次工艺时间内旋转整圈数。

请参阅图3，为本发明提供的加热装置一个具体实施例的结构示意图。

本实施例中，该加热装置包括安装板10、安装在安装板10上的多个加热灯泡11，以及与安装板10的大致中心位置处相连接的旋转机构。具体地，该旋转机构包括驱动电机26、传动部27以及旋转轴17；其中，驱动电机26用于提供驱动安装板10旋转的驱动力，该驱动电机26例如可以采用直流电机、交流电机、步进电机以及私服电机等目前常用的电机而实现；传动部27用于将驱动电机26的驱动力传输至上述旋转轴17；旋转机构借助上述旋转轴17与安装板10的大致中心位置相连接，用以驱动安装板10绕其中心旋转。此外，上述将旋转机构与安装板10的大致中心位置相连接是指，可以允许二者之间的相对位置在安装过程中出现一些微小的偏差，只要使旋转机构处于安装板10中心的一定范围内，而且不影响安装板10旋转的稳定性即可。

在实际应用中，上述传动部的具体结构例如可以采用涡轮/蜗杆结构进行传动；或者，采用直齿轮/斜齿轮等结构进行传动；或者，还可以采用传动带结构进行传动；或者，还可以采用上述几种传动结构中的两种及多种结构的组合结构进行传动；而无论采取何种具体的传动结构均应视为本发明的保护范围。

此外，本发明提供的加热装置还包括接电部，用于将多个加热灯11与电源相连接。本实施例中，该加热部包括与旋转轴17同轴设置的环形电极20，以及与环形电极20相适配的电刷16。其中，环形电极20与旋转轴17之间的相对位置固定，从而可与安装板10进行同步旋转，并且本实施例中可以将旋转轴17设置为空心结构，并在该空心旋转轴17设置导线，从而将环形电极20与加热灯泡11进行电连接；电刷16的一端与电源线22相连接，另一端与环形电极20配合接触，在环形电极20随旋转轴17进行旋转时，该电刷16保持静止并与该环形电极20保持电接触，从而将电源连接至各个加热灯泡11。

另外，本发明提供的加热装置还包括与安装板10贴合在一起的反射板13，其用于将加热灯泡11的热辐射向基片所在方向进行反射。该反射板13通常由铝质材料进行表面抛光处理而制成。至于将该反射板13与安装板10进行贴合的具体方式，例如可以采取焊接、螺接、铆接、粘接等常规技术手段而实现。

为避免上述反射板13由于过热变形而影响其反射效果，在安装板10上还设置有冷却管路28，从而在加热工艺中，可以通过向该冷却管路28中通入冷却液体(例如，水)或气体而对反射板13和/或安装板10进行冷却降温。本实施例中，可以将该冷却管路28的引入导管部分设置于上述空心结构的旋转轴17内部，并在旋转轴17上端设置一种专门用于输入/输出冷却液体或气体的旋转接头14，该旋转接头14的接入端24可在旋转轴17进行旋转的过程中保持静止，从而使冷却液体或气体能够持续稳定的进行输入及输出。

请参阅图4，为图3所示的加热装置中所采用的一种加热灯泡的排布方式。如图所示，各个加热灯泡11均匀排布于圆形安装板的圆周方向上；并且，本实施例中，将加热灯泡11分为内区和外区两个区域。在加热工艺中，上述多个加热灯泡11随安装板同步旋转，从而使各个加热灯泡11在其旋转路径上对基片进行扫描，以消除基片受热不均的问题，从而达到使基片升温快速的同时保证升温速度及温度分布均保持均匀的目的，进而可有效保证在对基片进行的后续工艺中获得较为均匀的工艺质量。

需要指出的是，虽然上述实施例中是以加热灯泡为例对本发明提供加热装置进行描述的，但是，当把加热灯泡替换为其它类型的发热元器件(例如，加热灯管)时同样应视为本发明的保护范围。

此外，作为另一种技术方案，本发明还提供一种基片处理设备，其包括加热腔室，在加热腔室内设置有上述本发明提供的加热装置，用以对基片进行快速且均匀的加热。

请参阅图5，为本发明提供的基片处理设备一个具体实施例的结构示意图。在该基片处理设备的加热腔室1内部的上方位置处设置有本发明提供的加热装置以及腔室上盖2，加热装置的旋转轴17穿过该腔室上盖2的中心通孔，从而将加热装置中的接电部及旋转接头设置于加热腔室1的外部，以利于进行电源及冷却液体(或气体)的连接。其中，该加热装置的结构与上述实施例相同或类似，这里不予赘述。在该加热装置的下方还依次设置有密封石英窗12和基片支撑平台5；其中，密封石英窗12将上述加热腔室分隔为大气和真空两部分，上述加热装置位于大气部分，基片支撑平台5位于真空部分，被加热基片4被置于该基片支撑平台5的上表面。作为一种优选的实施方式，可以为该基片支撑平台5设置旋转装置29，借助该旋转装置29驱动基片支撑平台5进行旋转，从而进一步提高对基片4加热的均匀性。此外，在加热腔室1的侧壁上还设置有腔室屏蔽组件30，在该腔室屏蔽组件30内部同样设置有冷却管路，用以为所述腔室侧壁进行冷却。另外，在腔室上盖2的上方还设置有用于保护加热装置的护罩18。

上述本发明提供的基片处理设备由于设置有上述本发明提供的加热装置，基于类似的理由，其同样具有对基片加热快速、均匀等的优点，从而有利于在后续工艺中获得均匀的基片加工质量。

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 (13)

1.一种加热装置，用于在基片处理设备中对基片进行加热，所述加热装置包括多个加热灯及用于安装所述多个加热灯的安装板，其特征在于，所述安装板为圆形，所述多个加热灯分为内区和外区两个区域，且所述多个加热灯均匀排布于所述安装板的圆周方向上，还包括与所述安装板相连接的旋转机构，所述旋转机构用于驱动所述安装板进行旋转运动，并带动所述多个加热灯进行旋转运动，以使所述多个加热灯在其旋转路径上对基片进行扫描。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述安装板在所述旋转机构的驱动下进行匀速旋转。

3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述安装板在完成一次基片加热的工艺时间内旋转整倍圈数。

4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述旋转机构包括驱动电机、传动部以及旋转轴，其中，

所述驱动电机用于提供使所述安装板旋转的驱动力；

所述传动部用于将所述驱动电机的驱动力传输至所述旋转轴；

所述旋转轴与所述安装板的大致中心位置相连接，用以驱动所述安装板绕其中心进行旋转。

5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述传动部包括涡轮/蜗杆传动结构，和/或齿轮传动结构，和/或传动带传动结构。

6.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，还包括接电部，用于将所述多个加热灯与电源相连接。

7.根据权利要求6所述的加热装置，其特征在于，所述接电部包括电刷、环形电极；其中，

所述环形电极与所述安装板同步旋转，并与所述加热灯电连接；

所述电刷的一端与所述电源相连接，另一端与所述环形电极配合接触以将所述电源连接至所述加热灯。

8.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，还包括与所述安装板贴合在一起的反射板，用以将所述加热灯的热辐射向基片所在方向进行反射。

9.根据权利要求8所述的加热装置，其特征在于，还包括冷却管路，通过向所述冷却管路中通入冷却液体或气体而对所述反射板和/或安装板进行冷却。

10.根据权利要求9所述的加热装置，其特征在于，所述冷却管路包括旋转接头，用于向所述冷却管路中通入冷却液体或气体。

11.一种基片处理设备，包括加热腔室，其特征在于，在所述加热腔室内设置有权利要求1-10中任意一项所述的加热装置，用以对基片进行加热。

12.根据权利要求11所述的基片处理设备，其特征在于，在所述加热腔室内还设置有用于承载基片的基片支撑平台，以及用于驱动所述基片支撑平台进行旋转的旋转装置。

13.根据权利要求11所述的基片处理设备，其特征在于，所述基片处理设备包括物理气相沉积设备。