CN104726837B - 反应腔室及等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应腔室及等离子体加工设备，该反应腔室包括升降装置和设置在反应腔室内的承载部，承载部用于承载基片，升降装置用于驱动承载部上升或者下降，以带动基片上升或者下降，升降装置驱动承载部升降，以在冷却时带动位于承载部上的待冷却基片位于预设冷却位置，以及在加热时带动位于承载部位上的待加热基片位于预设加热位置。本发明提供的反应腔室，其不仅可以简化反应腔室的结构，从而可以降低生产成本，进而可以提高经济效益；而且可以简化工艺流程，从而可以提高工艺效率，进而可以提高经济效益。

Description

反应腔室及等离子体加工设备

技术领域

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种反应腔室

及等离子体加工设备。

背景技术

物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，以下简称PVD）技术是微电子领域常用的加工技术，其在集成电路制造行业中，多特指磁控溅射技术，主要用于铝、铜等金属薄膜的沉积，以获得金属接触、金属互连线等。

通常，PVD设备包括去气腔室、预清洗腔室和工艺腔室，其中，去气腔室主要用于对基片完成去气工艺，具体地，将基片加热至300℃至350℃左右，以去除基片表面的水气和其他易挥发的杂质。在去气工艺完成之后且在进行下一个工艺之前，需要对基片进行降温，为了避免增设冷却腔室导致PVD设备复杂，因此，在去气腔室内在完成去气工艺之后需要接着对基片进行冷却工艺。图1为现有的去气腔室的结构示意图，请参阅图1，去气腔室10包括加热灯泡11、石英窗12和升降装置，其中，加热灯泡11设置在去气腔室10的顶部上，通过透明的石英窗12加热位于去气腔室10内的基片S；升降装置包括托架13、至少三个顶针14、升降驱动单元15和至少三个采用勾形结构的承载件16，其中，顶针14设置在托架13的上表面上，用于承载待加热基片S，承载件16设置在位于托架13的下表面上，用于承载待冷却基片S，并且在去气腔室10的底壁上还设置有容纳承载件16的凹部17；升降驱动单元15设置在去气腔室10的外部，其升降轴与托架13相连接，用以在升降驱动单元15的驱动下带动托架13进行升降。并且在去气腔室10的一侧还设置作为机械手传输基片S的传输通道18。

下面详细地描述现有的去气腔室10的具体工作过程：步骤S1，升降驱动单元15驱动托架13进行升降，使得顶针14位于机械手传入去气腔室10内的传片位置；步骤S2，机械手将待加热基片S传入去气腔室10内，并将待加热基片S位于顶针14上；步骤S3，升降驱动单元15驱动托架13上升，以使其带动顶针14和待加热基片S上升，直至待加热基片S位于预设加热位置，在该预设加热位置对待加热基片S加热至工艺所需的温度，以使其完成去气工艺；步骤S4，在基片S完成去气工艺之后，升降驱动单元15驱动托架13下降，使得顶针14位于传片位置；步骤S5，空载的机械手传入去气腔室10内，获取位于顶针14上的已完成去气工艺的待冷却基片S，并传出去气腔室10；步骤S6，升降驱动单元15继续驱动托架13下降，使得承载件16位于传片位置；步骤S7，承载有待冷却基片S的机械手传入去气腔室10内，并将待冷却基片S放置在承载件16上；步骤S8，升降驱动单元15驱动托架13继续下降，以使其带动承载件16下降至凹部17内，并使待冷却基片S位于预设冷却位置（即，去气腔室10的底壁上表面），借助位于该底壁内的水冷系统对待冷却基片S冷却；步骤S9，在待冷却基片S完成冷却工艺之后，升降驱动单元15驱动托架13上升，以使其带动承载件16上升至传片位置；步骤S10，空载的机械手传入去气腔室10内，获取位于承载件16上的已完成加热工艺和冷却工艺的基片S，并将该基片S传出去气腔室10，工艺完成。

然而，采用现有的去气腔室在实际应用中不可避免的会存在以下技术问题：由于在托架13的下表面上增设了至少三个采用勾形结的承载件16，这不仅导致现有的去气腔室10的结构复杂，而且使得投入成本增加；另外，托架13上分别设置有用于承载待加热基片S的承载部（即，至少三个顶针14顶端所在平面）和承载待冷却基片S的承载部（即，至少三个承载件16的上表面），这就需要机械手和升降装置相互配合以实现在加热或者冷却时将基片S放置在不同的承载部，因而导致工艺流程复杂，从而造成工艺效率低。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种反应腔室及等离子体加工设备，其不仅可以简化反应腔室的结构，从而可以降低生产成本，进而可以提高经济效益；而且可以简化工艺流程，从而可以提高工艺效率，进而可以提高经济效益。

本发明提供一种反应腔室，包括升降装置和设置在所述反应腔室内的承载部，所述承载部用于承载基片，所述升降装置用于驱动所述承载部上升或者下降，以带动所述基片上升或者下降，所述升降装置驱动所述承载部升降，以在冷却时带动位于所述承载部上的所述待冷却基片位于预设冷却位置，以及在加热时带动位于所述承载部上的所述待加热基片位于预设加热位置。

其中，反应腔室还包括冷却单元和加热单元，所述冷却单元用于对位于所述预设冷却位置的所述待冷却基片进行冷却，所述加热单元用于对位于所述预设加热位置的所述待加热基片进行加热。

其中，所述冷却单元为设置在所述反应腔室内的冷却基座，所述预设冷却位置为所述冷却基座的上表面，在所述冷却基座内设置有冷却管道，借助冷却介质在所述冷却管道流动对位于所述冷却基座上表面的所述待冷却基片冷却。

其中，所述冷却单元为所述反应腔室的腔室底壁，所述预设冷却位置为所述腔室底壁的上表面，在所述腔室底壁内设置有冷却管道，借助冷却介质在所述冷却管道流动对位于所述腔室底壁上表面的所述待冷却基片冷却。

其中，所述加热单元设置在所述反应腔室的顶部，所述预设加热位置为预设的位于所述加热单元正下方且位于所述冷却单元上表面正上方的位置，所述加热单元采用热辐射的方式对位于所述预设加热位置的所述待加热基片加热。

其中，所述升降装置设置在所述冷却单元上表面的下方，用以驱动所述承载部上升或者下降，以在加热时将所述待加热基片位于所述预设加热位置，以及在冷却时将所述待冷却基片位于所述冷却单元的上表面上。

其中，所述承载部包括沿所述基片的周向间隔设置的至少三个支撑条，每个所述支撑条的首端相互固定，且对应于所述基片的中心位置设置，每个所述支撑条的尾端沿所述基片的径向朝向所述基片的边缘位置延伸；并且在所述冷却单元的上表面上还设置有与所述支撑条的数量和位置一一对应的凹槽，用以在所述待冷却基片位于所述冷却单元的上表面上时容纳所述支撑条。

其中，所述承载部还包括辅助件，所述辅助件的数量与所述支撑条的数量一一对应，且在每个所述支撑条的与所述基片的边缘区域相对应的部分设置有凹部，与之对应的所述辅助件设置在所述凹部内，且所述辅助件的边缘形成有自基片的下表面至上表面的凸起，且所述凸起位于所述基片的外周壁的外侧，用以限制所述基片。

其中，所述升降装置包括升降轴和升降驱动单元，所述升降轴与每个所述支撑条的首端固定，且所述升降轴与所述升降驱动单元相连接；所述升降驱动单元用于驱动所述升降轴升降，以带动所述至少三个所述支撑条同时升降。

本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的反应腔室，其借助升降装置驱动承载部升降，以在冷却时带动位于承载部上的待冷却基片位于预设冷却位置，以及在加热时带动位于承载部上的待加热基片位于预设加热位置，可以实现在加热和冷却时分别将待加热基片和待冷却基片放置在相同的承载部上，因而不仅可以简化反应腔室的结构，从而可以降低生产成本，进而可以提高经济效益；而且可以简化工艺流程，从而可以提高工艺效率，进而可以提高经济效益。

本发明提供的等离子体加工设备，其采用本发明提供的反应腔室，不仅可以降低生产成本，从而可以提高经济效益；而且可以提高工艺效率，从而可以提高经济效益。

附图说明

图1为现有的去气腔室的结构示意图；

图2为本发明提供的反应腔室的结构示意图；

图3为图2中承载部的立体图；以及

图4为采用本发明提供的反应腔室的工作示意图。

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反应腔室及等离子体加工设备进行详细描述。

为便于描述，将需要加热的基片称为“待加热基片S”，并将加热时待加热基片S所处的位置称为“预设加热位置A”；将需要冷却的基片称为“待冷却基片S”，并将冷却时待冷却基片所处的位置称为“预设冷却位置B”；以及将待加热基片S和待冷却基片S统称为“基片S”。此外，在反应腔室内基片未移动至预设加热位置A或预设冷却位置B时所处的位置称为“传片位置C”。

图2为本发明提供的反应腔室的结构示意图。图3为图2中承载部的立体图。请一并参阅图2和图3，本实施例提供的反应腔室20包括升降装置21、设置在反应腔室20内的承载部22、加热单元和冷却单元。其中，承载部22用于承载基片S；升降装置21用于驱动承载部22上升或者下降，以带动基片S上升或者下降，升降装置21驱动承载部22升降，以在冷却时带动位于承载部22上的待冷却基片S位于预设冷却位置B，以及在加热时带动位于承载部22上的待加热基片S位于预设加热位置A，可以实现在加热和冷却时分别将待加热基片S和待冷却基片S放置在相同的承载部22上，因而不仅可以简化反应腔室20的结构，从而可以降低生产成本，进而可以提高经济效益；而且可以简化工艺流程，从而可以提高工艺效率，进而可以提高经济效益。

容易理解，由于在对待加热基片S进行加热的同时对位于同一承载部22上的待冷却基片S进行冷却没有实际意义，以及在对待冷却基片S进行冷却的同时对位于同一承载部22上的待加热基片S进行加热没有实际意义，因此，待加热基片S和待冷却基片S同时位于承载部22没有实际意义。在本实施例中，待加热基片S完成加热工艺之后，则需要对该完成加热工艺的待加热基片S进行冷却，因此，此时完成加热工艺的待加热基片S称之为待冷却基片S。

在本实施例中，冷却单元用于对位于预设冷却位置B的待冷却基片S进行冷却。具体地，冷却单元为设置在反应腔室20内的冷却基座24，预设冷却位置B为冷却基座24的上表面，在冷却基座24内设置有冷却管道，借助冷却介质在冷却管道流动对位于冷却基座24上表面的待冷却基片S冷却，其中，冷却介质包括冷却液或者冷却气体，冷却液包括冷却水。由于现有技术中反应腔室20的腔室壁内的冷却管道环绕整个反应腔室20，这使得该冷却基座24内设置的冷却管道的循环路径相比现有技术的冷却管道的循环路径短，因而冷却介质可以在冷却基座24的冷却管道快速地流动，从而可以提高冷却效率。并且，由于冷却基座24的设置，可以省去反应腔室20的腔室壁内冷却管道的设置，从而在提高冷却效率的前提下可以简化反应腔室的结构。

当然，在实际应用中，冷却单元也可以为反应腔室20的腔室底壁，预设冷却位置B为腔室底壁的上表面，在腔室底壁内设置有冷却管道，借助冷却介质在冷却管道流动对位于腔室底壁上表面的待冷却基片冷却。

加热单元用于对位于预设加热位置A的待加热基片S进行加热。具体地，加热单元为加热灯泡23，其设置在反应腔室20的顶部，预设加热位置A为预设的位于加热单元正下方且位于冷却单元上表面正上方的位置，可实现预设加热位置A位于预设冷却位置B的正上方，加热单元采用热辐射的方式对位于预设加热位置A的待加热基片S加热。在本实施例中，加热单元为加热灯泡23，采用热辐射的方式对待加热基片S进行加热，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，加热单元还可以采用加热灯管、加热丝等任意结构的红外辐射灯，也可以采用热传导的方式对待加热基片进行加热，例如，在反应腔室20内还设置有加热基座，预设加热位置A为该加热基座的下表面。

在本实施例中，升降装置21设置在冷却单元上表面的下方，用以驱动承载部22上升或者下降，以在加热时将待加热基片S位于预设加热位置A，以及在冷却时将待冷却基片S位于冷却单元的上表面（即，预设冷却位置B）上。具体地，升降装置21包括升降轴211和升降驱动单元212，升降轴211自冷却基座24下表面贯穿冷却基座24的上表面并与位于反应腔室20内的承载部22固定，且升降轴211与升降驱动单元212相连接；升降驱动单元212用于驱动升降轴211升降，以带动承载部22升降。由于升降驱动单元212设置在反应腔室20的外部，因而可以增大反应腔室20的有效利用空间，并且，升降驱动单元212可以为电机带动丝杠导轨和波纹管结构，也可以为直线电机，当然，也可以采用其他结构的驱动机构，只要其能够作升降运动即可。

另外，在本实施例中，承载部22包括沿基片S的周向间隔设置的至少三个支撑条221，每个支撑条221的首端相互固定，且对应于基片S的中心位置设置，每个支撑条221的尾端沿基片S的径向朝向基片S的边缘位置延伸；并且在冷却单元的上表面上还设置有与支撑条221的数量和位置一一对应的凹槽241，用以在待冷却基片S位于冷却单元的上表面上时容纳支撑条221。而且，升降装置21的升降轴211与每个支撑条221的首端采用螺纹连接的方式固定，因此，升降驱动单元212驱动升降轴211升降，可带动至少三个支撑条221同时升降。优选地，至少三个支撑条221沿基片S的周向间隔且均匀设置，由于至少三个支撑条221沿基片的周向间隔且均匀设置，因此可以进一步实现对基片S稳定支撑。在本实施例中，为了与其他设备（例如，机械手）配合使用，至少三个支撑条221沿基片S的周向并未均匀设置，在实际应用中，可以根据实际情况自行设置，只要能够实现将基片S稳定支撑即可。

优选地，承载部22还包括辅助件222，辅助件222的数量与支撑条221的数量一一对应，且在每个支撑条221的与基片S的边缘区域相对应的部分设置有凹部2211，与之对应的辅助件222设置在凹部2211内，每个辅助件222和与之对应的支撑条221可采用螺纹连接的方式固定，并且辅助件222的边缘形成有自基片S的下表面至上表面的凸起2221，且凸起2221位于基片S的外周壁的外侧，用以限制基片S，这可以避免基片S在工艺过程中移动，从而可以进一步实现对基片S稳定支撑。在实际应用中，也可以采用其他的承载部22，例如，现有技术中的托架和设置在托架上表面上的至少三个顶针，至少三个顶针实现承载基片S。

下面结合图4详细地描述采用本实施例提供的反应腔室的具体工作过程。具体地，包括以下步骤：

步骤S10，升降装置21驱动承载部22进行升降，使得承载部22位于传片位置C；

步骤S20，机械手等传输装置将待加热基片S传入反应腔室20内的传片位置，并使待加热基片S位于承载部22上；

步骤S30，升降装置21驱动承载部22上升，以使其带动待加热基片S上升，直至待加热基片S位于预设加热位置A，在该预设加热位置A对待加热基片S加热至工艺所需的温度，以对待加热基片S完成加热工艺；

步骤S40，在待加热基片S完成加热工艺之后，升降装置21驱动承载部22下降，以使其位于冷却基座24上表面的凹槽241内，并使待冷却基片S位于预设冷却位置B（即，冷却基座24上表面），在该预设冷却位置B对待冷却基片进行冷却，以对待冷却基片S完成冷却工艺；

步骤S50，在待冷却基片S完成冷却工艺之后，升降装置21驱动承载部22上升，以使承载部22位于传片位置C；

步骤S60，空载的机械手等传输装置传入反应腔室20内，获取位于承载部22上的已完成加热工艺和冷却工艺的基片S，并将该基片S传出反应腔室20，工艺完成。

从上述工艺过程与现有技术的工艺过程相比，在加热工艺完成之后，不需要将完成加热工艺的待冷却基片S传出反应腔室之后，又将该待冷却基片S传入反应腔室内并位于承载待冷却基片S的承载部22上，因而可以简化工艺流程，从而可以提高工艺效率，进而可以提高经济效益。

需要说明的是，上述工艺过程只是本实施例提供的反应腔室应用的其中一种工艺过程，在实际应用中，也可以在步骤S30之后在步骤S40之前包括以下步骤，机械手等传输装置将完成加热工艺的待加热基片传出反应腔室20，并将其他的待冷却基片传入反应腔室内且位于承载部22上，这相对现有技术的工艺过程相比，由于承载部22既可以承载待加热基片S也可以承载待冷却基片S，即，待加热基片S和待冷却基片S采用同一个承载部，同样可以简化工艺流程，从而可以提高工艺效率。由于采用本实施例提供的反应腔室可以有多种工艺过程，在此不一一列举。

还需要说明的是，在本实施例中，升降装置21也可以设置在预设加热位置A的上方，可驱动承载部22上升或者下降，带动基片上升或者下降位于预设加热位置A、预设冷却位置B或者传片位置C。

另外需要说明的是，在本实施例中，在竖直方向上由上至下依次为预设加热位置A、传片位置C和预设冷却位置B，升降装置21设置在预设冷却位置B的下方，在实际应用中，应该根据预设加热位置A、预设冷却位置B和传片位置C在竖直方向的位置关系具体设置升降装置21的位置。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，反应腔室采用上述实施例提供的反应腔室。

本实施例提供的等离子体加工设备，其采用上述实施例提供的反应腔室，不仅可以降低生产成本，从而可以提高经济效益；而且可以提高工艺效率，从而可以提高经济效益。

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，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，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 (8)

1.一种反应腔室，包括升降装置和设置在所述反应腔室内的承载部，所述承载部用于承载基片，所述升降装置用于驱动所述承载部上升或者下降，以带动所述基片上升或者下降，其特征在于，所述升降装置驱动所述承载部升降，以在冷却时带动位于所述承载部上的所述待冷却基片位于预设冷却位置，以及在加热时带动位于所述承载部上的所述待加热基片位于预设加热位置，以实现在加热和冷却时分别将待加热基片和待冷却基片放置在相同的承载部上；

还包括冷却单元和加热单元，所述冷却单元用于对位于所述预设冷却位置的所述待冷却基片进行冷却，所述加热单元用于对位于所述预设加热位置的所述待加热基片进行加热；

所述承载部包括沿所述基片的周向间隔设置的至少三个支撑条，每个所述支撑条的首端相互固定，且对应于所述基片的中心位置设置，每个所述支撑条的尾端沿所述基片的径向朝向所述基片的边缘位置延伸；并且

在所述冷却单元的上表面上还设置有与所述支撑条的数量和位置一一对应的凹槽，用以在所述待冷却基片位于所述冷却单元的上表面上时容纳所述支撑条。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述冷却单元为设置在所述反应腔室内的冷却基座，所述预设冷却位置为所述冷却基座的上表面，在所述冷却基座内设置有冷却管道，借助冷却介质在所述冷却管道流动对位于所述冷却基座上表面的所述待冷却基片冷却。

3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述冷却单元为所述反应腔室的腔室底壁，所述预设冷却位置为所述腔室底壁的上表面，在所述腔室底壁内设置有冷却管道，借助冷却介质在所述冷却管道流动对位于所述腔室底壁上表面的所述待冷却基片冷却。

4.根据权利要求2或3所述的反应腔室，其特征在于，所述加热单元设置在所述反应腔室的顶部，所述预设加热位置为预设的位于所述加热单元正下方且位于所述冷却单元上表面正上方的位置，所述加热单元采用热辐射的方式对位于所述预设加热位置的所述待加热基片加热。

5.根据权利要求4所述的反应腔室，其特征在于，所述升降装置设置在所述冷却单元上表面的下方，用以驱动所述承载部上升或者下降，以在加热时将所述待加热基片位于所述预设加热位置，以及在冷却时将所述待冷却基片位于所述冷却单元的上表面上。

6.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述承载部还包括辅助件，所述辅助件的数量与所述支撑条的数量一一对应，且在每个所述支撑条的与所述基片的边缘区域相对应的部分设置有凹部，与之对应的所述辅助件设置在所述凹部内，且所述辅助件的边缘形成有自基片的下表面至上表面的凸起，且所述凸起位于所述基片的外周壁的外侧，用以限制所述基片。

7.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述升降装置包括升降轴和升降驱动单元，所述升降轴与每个所述支撑条的首端固定，且所述升降轴与所述升降驱动单元相连接；

所述升降驱动单元用于驱动所述升降轴升降，以带动所述至少三个所述支撑条同时升降。

8.一种等离子体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-7任意一项所述的反应腔室。