CN103668073B - 去气腔室及物理气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种去气腔室及物理气相沉积设备。去气腔室包括腔室本体，在所述腔室本体内侧的底部设有用于承载被加工工件的支撑平台，在所述腔室本体内侧的顶部设有用于加热所述被加工工件的加热元件，在所述加热元件的上方设有反射板，用于将所述加热元件发出的光朝向所述支撑平台方向反射，在所述反射板上设有凹部，所述加热元件设置在所述凹部的内侧。该去气腔室可以减少光能的浪费，从而有效地提高光能量的利用率，进而提高加热效率。

Description

去气腔室及物理气相沉积设备

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，具体涉及一种去气腔室及物理气相沉积设备。

背景技术

在半导体集成电路的制作过程中，常用物理气相沉积（PVD）设备实施导电层与导电层之间的铜互连工艺，如图1所示，铜互连工艺包括去气、预清洗、Ta（N）沉积以及Cu沉积。其中，去气工艺是将基片放置在去气腔室内并加热至350℃左右，以将基片上的水蒸汽及其它易挥发杂质去除。去气工艺不仅要求较快的加热速率，以提高生产效率；而且对加热的均匀性也有较高的要求，否则会造成杂质去除不完全，严重时还会导致晶片破碎。

图2为目前常采用的去气腔室的剖面示意图。如图2所示，在去气腔室内的底部设有用于承载晶片4的支撑平台5，在支撑平台5内设有加热丝组件6。在去气腔室内的顶部且与支撑平台5相对的位置设有灯泡11，利用加热丝组件6和灯泡11来加热晶片4。这种加热方式充分利用了灯泡11升温速度快以及加热丝组件6加热均匀的特性。而且，为了提高灯泡11的加热效率，在去气腔室内的顶部还设有反射板2，用于将灯泡11发出的散射光朝向支撑平台5方向反射。但是，在实际应用中，由于灯泡11发出的光向四处散射，而且反射板2的反射面为平面，使得灯泡11发出的光不能有效地朝向支撑平台方向反射，因此，目前反射板2的反射效率不高，光能量浪费严重，影响了加热效率；而且，灯泡11的加热均匀性差。

发明内容

为解决上述问题之一，本发明提供一种去气腔室，其可以有效地利用光能量，减少光能量的浪费，提高加热效率。

此外，本发明还提供一种物理气相沉积设备，其可以有效地利用光能，从而提高加热效率。

解决上述技术问题的所采用的技术方案是提供一种去气腔室，包括腔室本体，在所述腔室本体内的底部设有用于承载被加工工件的支撑平台，在所述腔室本体内的顶部设有用于加热所述被加工工件的加热元件，所述加热元件与所述支撑平台相对设置在所述腔室本体内，在所述加热元件的上方设有反射板，用于将所述加热元件发出的光朝向所述支撑平台方向反射，在所述反射板上设有凹部，所述加热元件设置在所述凹部的内侧。

其中，所述凹部呈半球状，所述凹部的内侧呈镜面，所述加热元件设置在能够获得平行反射光的位置。

其中，在所述腔室本体内的顶部设有多个所述加热元件，多个所述加热元件分为内圈加热元件组和外圈加热元件组，所述内圈加热元件组和外圈加热元件组中的所述加热元件排列成两个尺寸不同的环形；

在所述反射板上设有与所述加热元件数量相等的所述凹部，每一所述凹部对应一所述加热元件，对应于所述内圈加热元件组和所述外圈加热元件组，多个所述凹部分为内圈凹部组和外圈凹部组。

其中，所述内圈凹部和所述外圈凹部的曲率相同。

其中，所述内圈凹部和所述外圈凹部的曲率不同。

其中，多个所述凹部的曲率不同。

其中，所述加热元件为灯泡或环形灯管。

其中，在所述腔室本体的顶部设有用于固定所述加热元件的固定单元，

在所述反射板上设有反射板通孔，所述加热元件穿过所述反射板通孔与所述固定单元连接。

其中，所述固定单元包括安装板和安装座，在所述安装板上设有贯穿其厚度的通孔，所述安装座设置在所述安装板的上方且与所述通孔相对，所述加热元件穿过所述通孔固定在所述安装座上。

其中，在所述安装板的上方还是有电气保护罩，所述电气保护罩罩住所述安装座。

其中，在所述安装板内设有第一冷却通道，在所述第一冷却通道内通入冷却介质以冷却所述安装板和所述安装座。

其中，还包括屏蔽件，所述屏蔽件嵌套在所述腔室本体的内侧。

其中，在所述屏蔽件内设有第二冷却通道，在所述第二冷却通道内通入冷却介质以冷却所述屏蔽件。

其中，还包括石英窗，所述石英窗设置在所述腔室本体内且位于所述支撑平台和所述加热元件之间，所述石英窗将所述腔室本体分隔为上子腔室和下子腔室，而且，所述下子腔室保持密封。

其中，在所述支撑平台内还设有加热丝组件，用于加热所述被加工工件。

本发明还提供一种物理气相沉积设备，包括去气腔室，所述去气腔室采用本发明提供的任意一项所述的去气腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的去气腔室，在其反射板上设置呈镜面的凹部，将加热元件设置在凹部的内侧，利用凹部将加热元件的发出的散射光朝向支撑平台方向反射，呈镜面的凹部可以减少光向其它方向散射，减少光能的浪费，从而有效地提高光能量的利用率，进而提高加热效率。

作为本发明的一个优选实施例，通过调节不同位置的凹部的曲率，可以提高加热元件加热的均匀性，从而可以将水蒸汽等杂质有效地去除。

本发明提供的物理气相沉积设备，由于采用本发明提供的去气腔室，可以减少光能的浪费，从而有效地提高光能量的利用率，进而提高加热效率。

附图说明

图1为铜互连工艺的工艺过程；

图2为目前常采用的去气腔室的剖面示意图；

图3为本发明实施例去气腔室的剖面示意图；

图4为凹面镜光学反射原理的示意图；

图5为本发明实施例反射板的部分结构示意图；

图6为本发明实施例多个灯泡排列方式示意图。

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去气腔室及物理气相沉积设备进行详细描述。

图3为本发明实施例去气腔室的剖面示意图。如图3所示，去气腔室包括腔室本体3，在腔室本体3的内侧的底部设有支撑平台5，支撑平台5用于承载晶片4。在腔室本体3的内的顶部设有灯泡11，利用灯泡11以辐射方式加热晶片4。

灯泡11通过固定单元固定在腔室本体3的顶部。固定单元包括安装板1和安装座7，安装板1设置在腔室本体3的顶端。在安装板1上设有贯穿其厚度的通孔，安装座7设置在安装板7的上方且与通孔相对，灯泡11穿过通孔后固定在装座7上。

在灯泡11的上方设有反射板19，反射板19固定在安装板1上，当然，反射板19也可以固定在腔室本体3内的其他位置。反射板19可以将灯泡11发出的光朝向支撑平台5方向反射，以减少光能量的浪费，从而提高加热效率。

在反射板19上设有半球形的凹部13，凹部13形成凹面镜。灯泡11设置在所述凹部的内侧，利用凹面镜的会聚原理可以将发散的光反射成平行光或会聚光，从而有效地提高光能量的利用率。不难理解，凹部13的内侧呈镜面，可以提高反射效率，从而进一步提高光能量的利用率。

在实际使用过程中，虽然将反射板19设置成柱面型反射板同样能够将灯泡11的光朝向晶片4反射。然而，柱面形反射板只能使垂直于柱面的光形成会聚或平行的反射光，对于那些不垂直于柱面的光经柱面形反射板反射后会形成散射光而无法有效利用，导致光能的利用率降低。与之不同，本实施例利用球形凹部13形成凹面镜，可以减少光线的散射，从而使灯泡11发出的光尽可能地反射到晶片4，从而提高光能的利用率。

图4为凹面镜光学反射原理的示意图。如图4所示，当将发光源放置在凹面镜的焦点位置时，可以获得平行的反射光，平行的反射光可以提高加热的均匀性。

根据上述光学反射原理，本实施例凹部13呈半球状，如图5所示。将灯泡11设置在凹部13的焦点位置，以获得平行的反射光，换言之，将灯泡11设置在能够获得平行反射光的位置。这样设置方式不仅可以提高光能量的利用率，而且可以提高加热的均匀性。在凹部13的顶端设有通孔13′，灯泡11穿过该通孔13′后与安装座7固定连接。

在本实施例中，在腔室本体3的顶部设有多个灯泡11，而且多个灯泡11分为两组，即内圈加热灯组11a和外圈加热灯组11b，如图6所示，为本发明实施例多个灯泡排列方式示意图。对应地，在反射板1上设有与灯泡11数量相等的凹部13，凹部13的排列方式对应内圈加热灯组11a和外圈加热灯组11b被设置为内圈凹部组13a和外圈凹部组13b。一般情况下，内圈凹部组13a和外圈凹部组13b中的凹部的曲率相同。当然，内圈凹部组13a和外圈凹部组13b中的凹部的曲率也可以根据实际使用情况而设置成不同。例如，当希望晶片4的边缘区域获得更多的热量时，可以使外圈凹部组13b中的凹部的曲率大于内圈凹部组13a中的凹部的曲率。不难理解，设置在腔室本体3内的多个凹部13的曲率可以根据实际情况各不相同。

当然，灯泡11的排列方式除了可以被排列为内圈加热灯组11a和外圈加热灯组11b外，还可以排列为其他方式，比如内圈加热灯组、中圈加热灯组、外圈加热灯组三组。也可以是其他方式，只要能够实现对晶片4的均匀加热即可。当然，凹部13的排列方式需要与灯泡11的排列方式相对应。除了上面提到的分圈排列外，也可以是每一灯泡11对应一凹部13。

另外，本实施例是利用灯泡来加热被加工工件，然而，本发明并不局限于此。灯泡也可以采用诸如环形灯管等加热元件代替。

如图2所示，在安装板1内还设有第一冷却通道17，在第一冷却通道17内通入冷却介质可以对安装板1、安装座7以及反射板19进行冷却，从而可以避免安装板1、安装座7以及反射板19的温度过高。

在腔室本体3的内侧还设有屏蔽件10，用于防止腔室本体3过热。屏蔽件10嵌套在腔室本体3的内侧，并由腔室本体3的顶端与安装板1压接固定。屏蔽件10可以防止腔室本体3被污染。在屏蔽件10内设有第二冷却通道9，在第二冷却通道9内通入冷却介质可以冷却屏蔽件10。

在腔室本体3内还包括石英窗12，石英窗12设置在腔室本体3内且位于支撑平台5和灯泡11之间，石英窗12将腔室本体3分隔为上子腔室和下子腔室。下子腔室保持密封，上子腔室与大气连通。灯泡11发出的光透过石英窗12辐射加热晶片4。

本实施例在支撑平台5内还设有加热丝组件6，用于加热晶片4。晶片4通过灯泡11和加热丝组件6共同加热，可以提高加热效率。

安装座7既用于固定灯泡11，又用于电连接灯泡11，即，安装座7与电源连接。为了提高设备的安全性，本实施例在安装板1的上方设有电气保护罩18，电气保护罩18将安装座7罩住，以防止使用者触碰安装座7。

需要说明的是，本实施例是以晶片为加工对象进行说明，然而，本发明并不局限于此，去气腔室同样可以对蓝宝石等其它被加工工件进行去气，而且可以达到相同的技术效果。

本实施例提供的去气腔室，在其反射板上设置呈镜面的凹部，将灯泡设置在凹部的内侧，利用凹部将灯泡的发出的散射光朝向支撑平台方向反射，呈镜面的凹部可以减少光向其它方向散射，减少光能的浪费，从而有效地提高光能量的利用率，进而提高加热效率。

本实施例还提供一种物理气相沉积设备，其包括去气腔室、预清洗腔室以及沉积腔室，其中去气腔室采用上述实施例提供的去气腔室，用以有效地去除被加工工件表面的水蒸汽等杂质。

本实施例提供的物理气相沉积设备，由于采用本发明提供的去气腔室，可以减少光能的浪费，从而有效地提高光能量的利用率，进而提高加热效率。

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 (14)

1.一种去气腔室，包括腔室本体，在所述腔室本体内的底部设有用于承载被加工工件的支撑平台，在所述腔室本体内的顶部设有用于加热所述被加工工件的加热元件，所述加热元件与所述支撑平台相对设置在所述腔室本体内，在所述加热元件的上方设有反射板，用于将所述加热元件发出的光朝向所述支撑平台方向反射，其特征在于，在所述反射板上设有凹部，所述加热元件设置在所述凹部的内侧，每一所述凹部对应一所述加热元件，且多个所述凹部的曲率不同。

2.根据权利要求1所述去气腔室，其特征在于，所述凹部呈半球状，所述凹部的内侧呈镜面，所述加热元件设置在能够获得平行反射光的位置。

3.根据权利要求1所述去气腔室，其特征在于，在所述腔室本体内的顶部设有多个所述加热元件，多个所述加热元件分为内圈加热元件组和外圈加热元件组，所述内圈加热元件组和外圈加热元件组中的所述加热元件排列成两个尺寸不同的环形；

在所述反射板上设有与所述加热元件数量相等的所述凹部，对应于所述内圈加热元件组和所述外圈加热元件组，多个所述凹部分为内圈凹部组和外圈凹部组。

4.根据权利要求3所述去气腔室，其特征在于，所述内圈凹部和所述外圈凹部的曲率不同。

5.根据权利要求1所述去气腔室，其特征在于，所述加热元件为灯泡或环形灯管。

6.根据权利要求1所述去气腔室，其特征在于，在所述腔室本体的顶部设有用于固定所述加热元件的固定单元，

在所述反射板上设有反射板通孔，所述加热元件穿过所述反射板通孔与所述固定单元连接。

7.根据权利要求6所述去气腔室，其特征在于，所述固定单元包括安装板和安装座，在所述安装板上设有贯穿其厚度的通孔，所述安装座设置在所述安装板的上方且与所述通孔相对，所述加热元件穿过所述通孔固定在所述安装座上。

8.根据权利要求7所述去气腔室，其特征在于，在所述安装板的上方还是有电气保护罩，所述电气保护罩罩住所述安装座。

9.根据权利要求7所述去气腔室，其特征在于，在所述安装板内设有第一冷却通道，在所述第一冷却通道内通入冷却介质以冷却所述安装板和所述安装座。

10.根据权利要求1所述去气腔室，其特征在于，还包括屏蔽件，所述屏蔽件嵌套在所述腔室本体的内侧。

11.根据权利要求10所述去气腔室，其特征在于，在所述屏蔽件内设有第二冷却通道，在所述第二冷却通道内通入冷却介质以冷却所述屏蔽件。

12.根据权利要求1所述去气腔室，其特征在于，还包括石英窗，所述石英窗设置在所述腔室本体内且位于所述支撑平台和所述加热元件之间，所述石英窗将所述腔室本体分隔为上子腔室和下子腔室，而且，所述下子腔室保持密封。

13.根据权利要求1所述去气腔室，其特征在于，在所述支撑平台内还设有加热丝组件，用于加热所述被加工工件。

14.一种物理气相沉积设备，包括去气腔室，其特征在于，所述去气腔室采用权利要求1-13任意一项所述的去气腔室。