CN102560373A - 基片加热腔室、使用基片加热腔室的方法及基片处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基片加热腔室、使用基片加热腔室的方法以及基片处理设备。其中，基片加热腔室至少可同时加热2片基片，用于在基片处理工艺之前对基片进行加热。借助该基片加热腔室对基片进行加热能够有效避免后续的基片处理工艺因等待基片加热而处于空闲状态的问题，从而可有效提高设备的产能利用率。此外，本发明提供的使用基片加热腔室的方法及基片处理设备同样能够有效提高设备的产能利用率。

Description

基片加热腔室、使用基片加热腔室的方法及基片处理设备

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种基片加热腔室、使用基片加热腔室的方法及基片处理设备。

背景技术

随着集成电路生产技术的不断进步，电路芯片的集成度得到大幅提升。目前，在一片芯片中所集成的晶体管数量已经达到了惊人的几千万个，数量如此庞大的有源元件的信号集成需要多达十层以上的高密度金属互联层进行连接。因此，作为制备上述金属互联层的重要工艺，物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称PVD)技术，特别是PVD中的磁控溅射技术得到了广泛应用。

请参阅图1，为一种典型的磁控溅射设备的系统原理图。该系统包括前端开启装置10、传输腔室15、与传输腔室15相连接的去气腔室11、预清洗腔室12、以及阻挡层工艺腔室13和铜互连层工艺腔室14。工艺过程为，将基片通过前端开启装置10送入该系统，然后依次进行去气工艺、预清洗工艺、铜阻挡层工艺以及铜仔晶层工艺。其中，去气工艺是指将基片加热至一定温度以去除基片表面的水蒸气等杂质的处理过程，该工艺作为磁控溅射的第一个步骤，对后续工艺的质量及设备整体的产能均具有非常重要的影响。

请参阅图2，为一种目前常用的去气腔室的结构示意图。该去气腔室内设置有托盘21、支撑针26以及加热灯27。其中，托盘21内设置有加热丝23，支撑针26由支撑针升降电机25进行驱动。在基片加热工艺中，利用加热丝23及加热灯27同时为基片100进行加热，从而使基片100能够快速均匀的升温。支撑针26在工艺进行前后将基片100升高以使其脱离托盘21上表面，便于机械手取/放基片。

在上述去气工艺中，每片基片的标准工艺用时接近80s；而去气工艺后续的铜阻挡层工艺及铜仔晶层工艺标准用时均为40～45s左右，仅约为去气工艺时长的一半。由于去气工艺是整个溅射工艺的第一个步骤而且该工艺用时最长，又由于每一个去气腔室一次只能处理一片基片；因此，后续工艺经常因等待去气工艺的基片而处于空闲状态，从而导致整个磁控溅射系统的产能因受到去气工艺的限制而无法得到充分利用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基片加热腔室，其能够有效提高基片加热效率。

为解决上述问题，本发明同时提供一种使用基片加热腔室的方法，其同样能够有效提高基片加热效率。

为解决上述问题，本发明还提供一种基片处理设备，其同样能够有效提高基片加热效率。

为此，本发明提供一种基片加热腔室，用于在基片处理工艺之前对基片进行加热，所述基片加热腔室至少可同时加热2片基片。

其中，基片加热腔室包括用于承载基片进行加热的托盘，托盘至少可同时承载2片基片。

其中，基片加热腔室包括密封闸门，托盘具有旋转机构；旋转机构用于在取/放基片时将托盘上已加热好的基片位置或无基片的位置对准密封闸门。

其中，基片加热腔室可同时对2片或4片基片进行加热。

此外，本发明还提供一种使用基片加热腔室的方法，用于在基片处理工艺之前对基片进行加热，其中，基片加热所需时长T为基片处理工艺时长t的n倍，n＞1；其中，基片加热腔室至少可同时加热2片基片，上述方法包括下述步骤：10)使基片加热腔室同时对N片基片进行加热处理，其中，N为正整数且n≤N＜n+1；20)每隔时长t，从基片加热腔室内取出加热好的基片用于后续的基片处理工艺，同时，向基片加热腔室内放入未经加热的基片。

其中，在步骤10)之前，还包括下述步骤：03)向基片加热腔室内放入一片基片并持续加热时长t，然后转到步骤04)；04)判断基片加热腔室内的基片数量是否达到N片，如果是，则转到步骤10)；如果否，则转到步骤03)。

其中，基片加热腔室包括托盘、密封闸门及旋转机构；相应地，步骤20)具体包括：借助旋转机构将托盘上已加热好的基片的位置对准密封闸门；开启密封闸门，将已加热好的基片取出，并在空出的基片位置处放入一片未经加热的基片。

优选地，N＝2或4。

另外，本发明还提供一种基片处理设备，至少包括基片加热腔室和工艺腔室，用于对基片依次进行加热及处理工艺；其中，上述基片加热腔室为上述本发明提供的基片加热腔室，以使基片加热的效率与工艺腔室的产能相匹配。

其中，上述基片处理设备包括磁控溅射设备。

另外，本发明还提供一种基片处理设备，至少包括基片加热腔室和工艺腔室，用于对基片依次进行加热及处理工艺；其中，在基片加热腔室中应用有上述本发明提供的使用基片加热腔室的方法，以使基片加热的效率与工艺腔室的产能相匹配。

其中，上述基片处理设备包括磁控溅射设备。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的基片加热腔室至少可同时加热2片基片。在基片处理工艺之前，借助本发明提供的基片加热腔室同时对多片基片进行加热，能够保证在每次在后续的基片处理工艺结束时立即得到已加热好的基片，从而有效满足基片处理工艺的产能需求，避免基片处理工艺因等待基片加热工艺而处于空闲状态的问题，进而使基片加热及处理设备的产能均可得到充分利用。

本发明提供的使用基片加热腔室的方法中，首先在基片加热腔室内同时加热多片基片；然后，每间隔一个基片处理工艺的时长，从基片加热腔室内取出一片加热好的基片用于后续的基片处理工艺；同时，向基片加热腔室内放入一片未经加热的基片。因此，本发明提供的使用基片加热腔室的方法，能够充分利用基片加热腔室可同时加热多片基片的特点，并根据基片处理工艺所需的时间长度，将对多片基片进行加热的时间错开；从而在每次基片处理工艺结束时可及时地向该基片处理工艺提供已加热好的基片，避免基片处理工艺因等待基片加热工艺而处于空闲状态的问题，进而使基片加热腔室及基片处理腔室的产能得到充分利用。

本发明提供的基片处理设备包括工艺腔室及上述本发明提供的基片加热腔室，借助上述本发明提供的基片加热腔室或应用上述本发明提供的使用基片加热腔室的方法而进行基片加热工艺，以为后续的基片处理工艺及时提供加热好的基片。因此，本发明提供的基片处理设备，能够有效提高基片加热效率，从而避免工艺腔室因等待基片加热而处于空闲状态的问题，进而是基片加热腔室及工艺腔室的产能得到充分利用。

附图说明

图1为一种典型的磁控溅射设备的系统原理图；

图2为一种目前常用的去气腔室的结构示意图；

图3为本发明提供的基片加热腔室一个具体实施例的结构示意图；以及

图4为本发明提供的使用基片加热腔室的方法一个具体实施例的流程示意图。

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基片加热腔室、使用基片加热腔室的方法及基片处理设备进行详细描述。

本发明提供的基片加热腔室至少可同时加热2片基片，用于在基片处理工艺之前对基片进行加热。借助本发明提供的基片加热腔室能够有效提高基片加热工艺的效率，以满足基片处理工艺的产能需求，避免基片处理工艺腔室因等待基片加热而经常处于空闲状态的问题，从而使基片处理设备的产能得到充分利用。

请参阅图3为本发明提供的基片加热腔室一个具体实施例的结构示意图。该基片加热腔室20的下部设有用于承载基片100进行加热的托盘21，该托盘21可同时承载2片基片100，托盘21的内部设置有加热丝23。加热腔室20的顶部设置有加热灯27，用于与加热丝23同时对基片100进行加热。其中，加热灯27能够使基片100快速升温，而加热丝23则可使基片100的温度趋于均匀，从而可实现对基片100进行快速而均匀的加热处理，以获得快速、均匀的去气效果。此外，在基片加热腔室20的下方还设置有抽气装置28，用于将基片100上的水蒸气等杂质及时排出；在腔室侧壁上还设置有密封闸门22，该密封闸门22只在取/放基片100时开启，并具有密封作用，从而在基片100加热过程中可使基片加热腔室20与外部隔离；托盘21下部设置有支撑针26及支撑针驱动电机25，用以在取/放基片100时将基片100从托盘21表面托起一定高度，以利于机械手的操作；并且，为使取/放基片100更加方便，在托盘21上还设置有旋转机构29，在取/放基片100时，该旋转机构29驱动托盘21进行旋转，并使托盘21上已加热好的基片100所在的位置或使托盘21上未放置基片的位置对准上述密封闸门22。

上述密封闸门22例如可以采用闸板阀等装置而实现，上述支撑针26及支撑针驱动电机25可以为一组也可以针对不同的基片100而设置为多组，即：对应于托盘21上每一个承载基片100的位置分别设置一组独立的支撑针26及支撑针驱动电机25。至于上述加热丝23及加热灯27等组件的结构及工作过程均与背景技术中所述的结构相同或类似，在此不予赘述。

在实际应用中，可以在本发明提供的基片加热腔室内同时放置2片基片进行加热。以图1所示的磁控溅射系统为例，基片加热所需时长约为80s，而后续工艺所需时长约为40s，因此，可以使基片加热腔室同时加热2片基片，并且使2片基片的加热时间以40s时长为间隔而相互错开。具体为，先在基片加热腔室内放入一片基片进行加热，待持续加热40s后再放入另一片基片，再持续加热40s；此时，第一片基片完成加热工艺，因而可将其取出并送入后续的工艺腔室内进行相应的处理工艺；与此同时，向基片加热腔室内放入一片未经加热的基片(此为第三片基片)并持续加热40s；此时，第二片基片已完成加热工艺，并且工艺腔室对上述第一片基片的处理工艺也已完成；因此，可以立即将第二片基片从基片加热腔室中取出并送入该工艺腔室中，从而避免了后续的工艺腔室因等待基片加热工艺而处于空闲状态的问题。如此循环往复，可使工艺腔室及基片加热腔室始终处于工作状态，从而使设备的产能得到充分利用，进而有效提高设备整体的生产效率。

在另一个优选实施例中，还可以在本发明提供的基片加热腔室内同时放置4片基片进行加热。仍以图1所示磁控溅射设备为例，图1中的设备实际为两套基片加工系统共用一套传输腔室的结构，而位于传输腔室两侧的基片加热腔室及工艺腔室自成系统且彼此独立。而本实施例中，借助本发明提供的基片加热腔室可以使上述两套基片加工系统共用一个基片加热腔室即可同时满足两套系统的基片需求。具体为，在基片加热腔室内同时放置4片基片进行加热，并且，先在基片加热腔室中放入两片基片进行加热，待持续加热一半的工艺时长后再放入另外两片基片，之后，按照与上面所述的对两片基片进行错时加热的过程即可实现对两套系统的基片供应，区别仅在于，基片加热腔室每次加热的基片数量增加了一倍。而本实施例的优点在于，在保证基片加工系统正常运行的同时，可减少一个基片加热腔室，从而节约一定的设备成本。

容易理解的是，上述应用本发明提供的基片加热腔室同时加热2片或4片基片的加热方案仅仅是为了说明其应用过程而采取的示范性描述；但本发明还可根据基片加热工艺所需的时间与后续工艺所需时间的关系，而在基片加热腔室放置其它数量的基片，其关键在于：应用本发明提供的基片加热腔室对基片进行加热时，使各个基片的加热时间相互错开，并在每间隔一个基片处理工艺所需的时长即向外输出一片或一组基片(视后续基片处理工艺的腔室数量及时间而定，例如上述实施例中同时加热4片基片，使每2片为一组向工艺腔室输出)以用于后续工艺，从而保证后续工艺的设备产能得到充分利用。

综上所述，本发明提供的基片加热腔室由于能够同时加热至少2片基片，并且可根据后续工艺时间而将基片的加热时间相互错开，从而在后续的基片处理工艺结束后可立即向工艺腔室提供加热好的基片，有效避免了后续工艺的腔室因等待基片加热工艺而经常处于空闲状态的问题，进而使设备的整体产能得到充分利用。并且，在一个优选实施例中，仅使用一个本发明提供的基片处理设备即可同时满足两套基片处理系统的基片加热需求，从而可在一定程度上节约设备成本。

作为另一种技术方案，本发明还提供一种使用基片加热腔室的方法。该方法适用于能够同时加热至少2片基片的基片加热腔室，并且，对基片加热所需时长T为基片处理工艺时长t的n倍，n＞1。

具体的，上述方法包括下述步骤：10)使基片加热腔室同时对N片基片进行加热处理，其中，N为正整数且n≤N＜n+1；20)每隔时长t，从基片加热腔室内取出加热好的基片用于后续的基片处理工艺，同时，向基片加热腔室内放入未经加热的基片。

步骤10)中，对于N的确定取决于基片加热所需时长T与基片处理工艺时长t的之间的关系，即取决于n值的大小；也就是说，为了充分保证对后续基片处理工艺的基片供应，应当使基片加热腔室中同时进行加热的基片数量不低于n的大小。这里，对应于不同的基片处理工艺，n值的大小也不同，并且，n不一定为正整数，多数情况下为小数形式。当n为整数时，应使N＝n即可；当n为小数时，应使N的值等于n的整数部分加1之后的数值，即n＜N＜n+1。步骤20)中，每间隔一个基片处理工艺的时长t，即可输出一片或一组加热好的基片，并同时向基片加热腔室中放入未经加热的基片。

因此，应用本发明提供的使用基片加热腔室的方法，每间隔一个基片处理工艺的时长t均可向外输出已加热好的基片。因此，在每次基片处理工艺结束后，能够及时地向基片处理工艺的腔室提供已加热好的基片，避免设备空闲的问题，以保证设备的产能得到充分利用。

请参阅图4，为本发明提供的使用基片加热腔室的方法一个具体实施例的流程示意图。本实施例中，除上述步骤10)和步骤20)之外，在上述步骤10)之前，还包括下述步骤：03)向基片加热腔室内放入一片或一组基片并持续加热时长t，然后转到步骤04)；04)判断基片加热腔室内的基片数量是否达到N片，如果是，则转到步骤10)；如果否，则转到步骤03)。上述步骤03)和步骤04)的目的在于，在初次使用基片加热腔室时，提供一种向基片加热腔室内逐片放入未经加热的基片的方案，即，每间隔一个基片处理工艺所需的时长t即向基片加热腔室中放入一片或一组基片，直至达到N片为止。这里，所说的一组基片与上述本发明提供的基片加热腔室中所述的一组基片的概念相同或类似，在此不予赘述。并且，本发明提供的使用基片加热腔室的方法，同样可以根据实施情况而在基片加热腔室中同时加热2片或4片基片，并根据后续基片处理工艺所需的时长t而使各个基片的加热时间相互错开，也就是说，可以使N的取值为2或4。

在本发明提供的所有基片加热腔室的方法的另一个实施例中，所述的基片加热腔室中还包括托盘、密封闸门及旋转机构；相应的，步骤20)具体可以包括：借助上述旋转机构将托盘上已加热好的基片的位置对准密封闸门；然后开启密封闸门，并将已加热好的基片取出，同时在空出的基片位置处放入一片未经加热的基片。其中，所述托盘、旋转机构及密封闸门均与上述本发明提供的基片加热腔室相同或类似，在此不予赘述；此外，本实施例中对于基片加热及取/放等的过程与上述各实施例相同或类似，同样不予赘述。

由上述描述可知，应用本发明提供的使用基片加热腔室的方法对基片进行加热时，能够对应于后续基片处理工艺的时间，及时向后续工艺的腔室提供以加热好的基片，从而有效避免因工艺腔室等待基片加热而处于空闲状态的问题，进而保证设备产能的充分利用。

作为另一种技术方案，本发明还提供一种基片处理设备，其至少包括基片加热腔室和工艺腔室，用于对基片依次进行加热及处理工艺。其中，上述基片加热腔室即为上述本发明提供的基片加热腔室，借助该基片加热腔室能够使基片加热的效率与工艺腔室的产能相匹配，有效避免工艺腔室空闲的问题，从而提高设备整体的产能利用率。在实际应用中，该基片处理设备例如可以是一种磁控溅射设备。

此外，本发明还提供一种基片处理设备，其至少包括基片加热腔室和工艺腔室，用于对基片依次进行加热及处理工艺。并且，该基片处理设备还应用有上述本发明提供的使用基片加热腔室的方法，用以使基片加热的效率与工艺腔室的产能相匹配，从而避免工艺腔室空闲的问题，提高设备整体的产能利用率。在实际应用中，该基片处理设备同样可以为一种磁控溅射设备。

此外，在一个优选实施例中，上述本发明提供的基片处理设备还包括传输腔室，上述基片加热腔室和工艺腔室均与该传输腔室相连接；并且在传输腔室内设置有机械手，用于将基片在各个腔室之间进行转移或传输。

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 (12)

1.一种基片加热腔室，用于在基片处理工艺之前对基片进行加热，其特征在于，所述基片加热腔室至少可同时加热2片基片。

2.根据权利要求1所述的基片加热腔室，其特征在于，包括用于承载基片进行加热的托盘，所述托盘至少可同时承载2片基片。

3.根据权利要求2所述的基片加热腔室，其特征在于，所述基片加热腔室包括密封闸门，所述托盘具有旋转机构；所述旋转机构用于在取/放基片时将所述托盘上已加热好的基片位置或无基片的位置对准所述密封闸门。

4.根据权利要求1或2或3所述的基片加热腔室，其特征在于，所述基片加热腔室可同时对2片或4片基片进行加热。

5.一种使用基片加热腔室的方法，用于在基片处理工艺之前对基片进行加热，其中，基片加热所需时长T为基片处理工艺时长t的n倍，n＞1；其特征在于，所述基片加热腔室至少可同时加热2片基片，所述方法包括下述步骤：

10)使所述基片加热腔室同时对N片基片进行加热处理，其中，N为正整数且n≤N＜n+1；

20)每隔时长t，从所述基片加热腔室内取出加热好的基片用于后续的基片处理工艺，同时，向所述基片加热腔室内放入未经加热的基片。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤10)之前，还包括下述步骤：

03)向所述基片加热腔室内放入一片基片并持续加热时长t，然后转到步骤04)；

04)判断所述基片加热腔室内的基片数量是否达到N片，如果是，则转到步骤10)；如果否，则转到步骤03)。

7.根据权利要求5所述的基片加热腔室，其特征在于，基片加热腔室包括托盘、密封闸门及旋转机构；相应地，所述步骤20)具体包括：借助所述旋转机构将所述托盘上已加热好的基片的位置对准所述密封闸门；开启密封闸门，将已加热好的基片取出，并在空出的基片位置处放入一片未经加热的基片。

8.根据权利要求5或6或7所述的方法，其特征在于，所述N＝2或4。

9.一种基片处理设备，至少包括基片加热腔室和工艺腔室，用于对基片依次进行加热及处理工艺；其特征在于，所述基片加热腔室为权利要求1-4中任意一项所述的基片加热腔室，以使基片加热的效率与所述工艺腔室的产能相匹配。

10.根据权利要求9所述的基片处理设备，其特征在于，包括磁控溅射设备。

11.一种基片处理设备，至少包括基片加热腔室和工艺腔室，用于对基片依次进行加热及处理工艺；其特征在于，在所述基片加热腔室中应用有权利要求5-8中任意一项所述的方法，以使基片加热的效率与所述工艺腔室的产能相匹配。

12.根据权利要求11所述的基片处理设备，其特征在于，包括磁控溅射设备。

Images