CN105097604A - 工艺腔室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工艺腔室，包括上屏蔽、过渡板与腔体，所述过渡板固定在所述腔体中，所述上屏蔽固定在所述过渡板的内侧，还包括冷却基座；所述冷却基座置于所述腔体中，并能够在所述腔体内上下运动；在所述冷却基座中设置有气体通道，所述气体通道的开口位于所述冷却基座的用于放置晶圆的表面。本发明的工艺腔室采用了背压冷却的冷却方式，在冷却基座中设置了气体通道，通过从气体通道中通入气体对放置在冷却基座上的晶圆进行冷却，在工艺过程中产生的热量被及时传递到冷却基座上，避免晶圆的温度过高导致晶圆变形或挥发出杂质；从而可使用较高的刻蚀速率，且不必不增加工艺时间，提高了加工效率。

Description

工艺腔室

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，特别是涉及一种能够对放置在其中的晶圆进行冷却的工艺腔室。

背景技术

现有技术中，等离子体设备广泛用于当今的半导体、太阳能电池、平板显示等制作工艺中。在目前的制造工艺中，已经使用等离子体设备有以下类型：直流放电，CCP(电容耦合等离子体)类型，ICP(电感耦合等离子体)类型以及ECR(电子回旋共振等离子体)等。目前这些类型被广泛应用于PVD(物理气相沉积)，等离子体刻蚀以及等离子体CVD(化学气相沉积)等。

在PVD工艺设备中，特别是对于IC(集成电路)、TSV(硅穿孔)、封装制造工艺，需要进入预清洗工艺腔室，预清洗完成后通过溅射来沉积金属膜。

预清洗工艺作为PVD工艺的一部分，其目的是在沉积金属膜之前，清除晶圆表面的污染物或沟槽和穿孔底部的残余物。预清洗工艺会明显提升沉积膜的附着力、改善芯片的电气性能和可靠性。一般的预清洗工艺，是将气体，如Ar(氩气)、He(氦气)等激发为等离子体，利用等离子体的化学反应和物理轰击作用，对晶圆或工件进行去杂质的处理。

在对晶圆进行预清洗的过程中会发热，在预清洗工艺腔室中，热量很难传递出去。一般的工艺腔室中采用不加冷却的机械式基座，不进行冷却。如果工艺速率越大，晶圆温度越高，会导致晶圆变形。这样只能缩短工艺时间，影响生产效率，降低了产能。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够对晶圆进行冷却的工艺腔室。

本发明的技术方案如下：

一种工艺腔室，包括上屏蔽、过渡板与腔体，所述过渡板固定在所述腔体中，所述上屏蔽固定在所述过渡板的内侧，还包括冷却基座；

所述冷却基座置于所述腔体中，并能够在所述腔体内上下运动；

在所述冷却基座中设置有气体通道，所述气体通道的开口位于所述冷却基座的用于放置晶圆的表面。

作为一种可实施方式，在所述冷却基座的内部还设置有换热介质。

作为一种可实施方式，所述工艺腔室还包括下屏蔽；所述下屏蔽固定连接到所述过渡板上，所述下屏蔽位于所述晶圆的工艺位置处。

作为一种可实施方式，所述工艺腔室还包括下屏蔽；所述下屏蔽间接连接到所述过渡板上并能够相对所述过渡板上下运动；

当所述冷却基座运动至与所述下屏蔽接触的位置时，所述冷却基座带动所述下屏蔽运动。

作为一种可实施方式，所述工艺腔室还包括至少两个导向杆；所述导向杆的一端固定在所述过渡板上，所述下屏蔽通过所述导向杆连接在所述过渡板上。

作为一种可实施方式，所述下屏蔽包括第一环状主体、第二环状主体以及连接所述第一环状主体和第二环状主体的凹陷部，在所述第二环状主体的外壁上设置有安装部，在所述安装部上设置有导向孔，所述导向杆穿过所述导向孔将所述下屏蔽连接到所述过渡板上。

作为一种可实施方式，所述导向杆的数量为三个，三个所述导向杆均匀分布在所述过渡板上。

作为一种可实施方式，所述导向杆的另一端为阶梯状。

作为一种可实施方式，所述第一环状主体的内径小于放置在所述冷却基座上的晶圆的直径。

作为一种可实施方式，所述第一环状主体的内径与所述晶圆的直径的差值至多为3毫米。

作为一种可实施方式，所述第一环状主体的内边缘为斜面，所述斜面的倾斜度为15度至30度。

作为一种可实施方式，当所述冷却基座运动至工艺位置时，所述上屏蔽位于所述下屏蔽的凹陷部内，所述上屏蔽与所述下屏蔽的凹陷部的外侧壁之间的间隙至多为5毫米。

作为一种可实施方式，所述通入冷却基座的气体的压强的计算公式为：

P＝(m×g)S；

其中，P为通入所述冷却基座中的气体的压强，m为所述下屏蔽的质量，g为重力加速度，S为晶圆与通入所述冷却基座的气体的接触面积。

作为一种可实施方式，所述下屏蔽由金属材料、绝缘材料或金属材料和绝缘材料的复合材料制成。

作为一种可实施方式，所述工艺腔室为预清洗工艺腔室、刻蚀腔室、溅射腔室或LED设备。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明的工艺腔室采用了背压冷却的冷却方式，在冷却基座中设置了气体通道，通过从气体通道中通入气体对放置在冷却基座上的晶圆进行冷却，在工艺过程中产生的热量被及时传递到冷却基座上，避免晶圆的温度过高导致晶圆变形或挥发出杂质；从而可使用较高的刻蚀速率，且不必不增加工艺时间，提高了加工效率。

附图说明

图1为本发明的工艺腔室的一个实施例的整体结构示意图；

图2为图1所示的工艺腔室中晶圆运动至工艺位置时的一个实施例的整体结构示意图；

图3为图1所示的工艺腔室中冷却基座通入压缩气体的示意图；

图4为图1所示的工艺腔室的下屏蔽的俯视示意图；

图5为图4所示的下屏蔽的A-A剖视示意图；

图6为图1所示的工艺腔室中下屏蔽与晶圆的配合关系示意图；

图7为图1所示的工艺腔室中晶圆在工艺位置时下屏蔽与上屏蔽的配合关系示意图。

具体实施方式

为了解决晶圆冷却的问题，提出了一种新的工艺腔室来实现晶圆的冷却。

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

参见图1，本发明提供一种工艺腔室100包括石英盖110、腔体120、过渡板130、上屏蔽140、下屏蔽150与冷却基座160，其中过渡板130置于石英盖110与腔体120之间，过渡板130的中间设置通孔，石英盖110覆盖在通孔上；上屏蔽140固定在过渡板130上。

石英盖110与腔体120通过通孔连通，成为一个封闭的空间。工艺腔室100具有可以抽真空的封闭空间，可用于半导体设备中的预清洗腔室(Preclean)，半导体设备中的刻蚀(ETCH)设备，PVD设备中的Cu、Ti等溅射腔室，或者用于LED设备中，使用范围广泛。

冷却基座160置于腔体120中，并在腔体120内作上下直线运动，本实施例中冷却基座160的底部设置动力机构，驱动冷却基座160上下运动，其中在冷却基座160中设置有气体通道180，气体通道180的一端开口位于冷却基座160放置晶圆200的表面。在刻蚀工艺的预清洗是采用等离子体的化学反应和物理轰击，对晶圆或工件进行去杂质的处理的方式，等离子体刻蚀的速率越高，晶圆或工件的温度就会越高，晶圆或工件的温度过高又会导致晶圆或工件(如键合片)的变形；而且晶圆或工件的温度过高会导致一些晶圆或工件(如键合片)挥发出杂质。为了达到较高的刻蚀速率，同时不增加工艺时间，本实施例中增加背压冷却，即在冷却基座中设置了气体通道。在工艺过程中通过气体通道180向冷却基座160中通入气体，结合图3所示，本实施例中冷却基座160的底部的下表面设置中心管路180，压缩气体进入晶圆或工件与冷却基座160之间，压缩气体可为氩气，压缩气体将工艺过程中产生的热量及时传递到冷却基座160上，从而对晶圆进行冷却。

较佳的，作为一个较佳的实施例，本实施例中在所述冷却基座160的内部还设置有换热介质。冷却基座160中通入换热介质，用于工艺过程中的降温冷却。压缩气体将工艺过程中产生的热量及时传递到冷却基座160上，冷却基座160通过其中的换热介质的循环，把热量散发出来。本实施例中采用在冷却基座160中通入冷却循环水的方式，还可以采用其他的低温冷却循环介质进行降温冷却。

较佳的，作为一个较佳的实施例，本实施例中的下屏蔽150通过螺纹连接或螺钉连接固定连接到所述过渡板上，此时所述下屏蔽150位于所述晶圆200的工艺位置处。晶圆200放置在冷却基座160上，冷却基座160带动晶圆200向上运动，当晶圆200运动至工艺位置上时，晶圆200与下屏蔽150接触，下屏蔽150压紧晶圆200。这样设置下屏蔽具有两个功能，一个是屏蔽作用，另一个是对晶圆产生压紧作用。这样可以避免晶圆移位。

较佳的，作为另一个较佳的实施例，参见图2，本实施例中的下屏蔽150间接连接到所述过渡板130上并能够相对所述过渡板130上下运动；当所述冷却基座160运动至与所述下屏蔽150接触的位置时，所述冷却基座160带动所述下屏蔽150运动。本实施例中对现有的下屏蔽进行了改进，将下屏蔽设置为可上下移动的结构，同样的，本实施例中的下屏蔽150一方面与上屏蔽140组合起来，起屏蔽作用，将加工空间与晶圆的背压冷却装置100的其他位置隔绝，避免等离子体的四处扩散。另一方面本实施例中的下屏蔽还可以对放置在基座上的晶圆产生压紧作用，避免在对晶圆进行背吹冷却的时候晶圆移位。将下屏蔽设置为可移动的能够保证下屏蔽压紧晶圆。

较优的，参见图1和图2，当下屏蔽150可活动时，所述工艺腔室100还包括至少两个导向杆170；所述导向杆170的一端固定在所述过渡板130上，所述下屏蔽150通过所述导向杆170连接在所述过渡板130上。下屏蔽150在导向杆170上滑动这样能够保证下屏蔽的运动为垂直上下运动，避免下屏蔽移位。导向杆的材质可以为金属或者陶瓷，导向杆的上端可以通过螺纹连接或者螺钉连接固定在过渡板上。

较优的，参见图4和图5，所述下屏蔽150包括第一环状主体152、第二环状主体154以及连接所述第一环状主体152和第二环状主体154的凹陷部156，在所述第二环状主体154的外壁上设置有安装部158，在所述安装部158上设置有导向孔151，所述导向杆170穿过所述导向孔151将所述下屏蔽150连接到所述过渡板130上。更优的，所述导向杆170的数量为三个，三个所述导向杆170均匀分布在所述过渡板130上。相应的，如图3所示，导向孔151的数量为三个，三个导向孔均匀分布在第二环状主体154的外壁上。这样设置方便下屏蔽的上下运动。

较优的，参见图1，所述导向杆170的另一端为阶梯状。这样可以对下屏蔽进行限位，避免下屏蔽从导向杆上脱落。导向杆可以是如图1所示的T字形，也可以是L形。

较佳的，作为一个较佳的实施例，无论下屏蔽是固定的还是活动的，为了保证下屏蔽150能够压住晶圆200，参见图6，下屏蔽150的第一环状主体152的内径(即第一环状主体的内圆直径)小于放置在所述冷却基座160上的晶圆200的直径。这样当冷却基座160上的晶圆或工件运动到下屏蔽处时，晶圆或工件的边缘与下屏蔽的第一环状主体的周边重叠。本实施例中的下屏蔽采用的是机械卡紧的方式。部分重叠就能起到压紧晶圆或工件的目的，将晶圆或工件固定在冷却基座160上，使用机械式卡紧的方式，避免了使用静电卡盘，降低了成本和制造难度，能适用于各种类型的晶圆或工件。由于静电卡盘的稳定性不够，有时出现去吸附力不完全，静电难于消除的现象，导致晶圆或工件无法从静电卡盘上取下来，本发明的工艺腔室100不需要借助静电即可实现晶圆或工件的卡紧，结构简单，可靠性高。

更优的，所述第一环状主体152的内径与所述晶圆200的直径的差值至多为3毫米。即图6所示的下屏蔽150与晶圆200重叠的长度为L1，L1≤3mm。第一环状主体152的内圆为加工口，暴露在加工口处的晶圆才能进行工艺，被下屏蔽压住的部分则不能进行工艺处理。因此L1越小，晶圆或工件被加工的面积越大。本实施例中L1取1.5mm，能在充分压紧晶圆或工件的同时保证较高的定位精度。

较佳的，作为一个较佳的实施例，参见图6，所述第一环状主体152的内边缘为斜面，所述斜面的倾斜度为15度至30度。斜面结构能够保证下屏蔽压紧晶圆。

较佳的，作为一个较佳的实施例，参见图7，当所述冷却基座160运动至工艺位置时，所述上屏蔽140位于所述下屏蔽150的凹陷部156内，所述上屏蔽150与所述下屏蔽150的凹陷部156的外侧壁157之间的间隙L2至多为5毫米。间隙L2越小，工艺过程中的等离子体越难扩散到下屏蔽140的底部，本实施例中L2取3.5mm，能在减少等离子体扩散的同时保证较高的定位精度。

参见图2，冷却基座160上升到工艺位置，冷却基座160托着晶圆200接触到下屏蔽150(如图3所示，图3中的晶圆刚接触下屏蔽)，然后冷却基座160托着下屏蔽150上升到工艺位置，此时下屏蔽150的重量完全落在晶圆200的上面，工艺过程中，在冷却基座160的气体通道内通入一定流量(sccm)的压缩气体(例如氩气)，在晶圆200与冷却基座160之间形成一定压力的气体，下屏蔽150的重量应当刚好能压住气体产生的压强。根据P＝(m×g)S可以计算出通入的气体的压强，其中P为通入所述冷却基座中的气体的压强，m为所述下屏蔽的质量，g为重力加速度，S为晶圆与通入所述冷却基座的气体的接触面积。一般的，通入气体的压强约930Pa(7Torr)，下屏蔽的质量约为6千克。

较佳的，作为一个较佳的实施例，下屏蔽150由金属材料如不锈钢、钛、铜，绝缘材料如陶瓷、石英等，或金属材料和绝缘材料的复合材料制成。石英盖的材质可以为石英或者陶瓷，过渡板的材质为铝或者不锈钢等金属。

较佳的，作为一个较佳的实施例，本发明的工艺腔室100可以是预清洗工艺腔室、刻蚀腔室溅射腔室或LED设备。

初始状态时，如图1所示，晶圆200或工件放置在冷却基座160上，此时下屏蔽150的位置在导向杆170的阶梯状端部；当晶圆200随冷却基座160运动到与下屏蔽150接触的位置(如图3所示)晶圆200与下屏蔽150接触，之后冷却基座160带动下屏蔽150上升运动到工艺位置(如图2所示)，等待加工。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种工艺腔室，包括上屏蔽、过渡板与腔体，所述过渡板固定在所述腔体中，所述上屏蔽固定在所述过渡板的内侧，其特征在于，还包括冷却基座；

所述冷却基座置于所述腔体中，并能够在所述腔体内上下运动；

在所述冷却基座中设置有气体通道，所述气体通道的开口位于所述冷却基座的用于放置晶圆的表面。

2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，在所述冷却基座的内部还设置有换热介质。

3.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括下屏蔽；所述下屏蔽固定连接到所述过渡板上，所述下屏蔽位于所述晶圆的工艺位置处。

4.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括下屏蔽；所述下屏蔽间接连接到所述过渡板上并能够相对所述过渡板上下运动；

当所述冷却基座运动至与所述下屏蔽接触的位置时，所述冷却基座带动所述下屏蔽运动。

5.根据权利要求4所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室还包括至少两个导向杆；所述导向杆的一端固定在所述过渡板上，所述下屏蔽通过所述导向杆连接在所述过渡板上。

6.根据权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述下屏蔽包括第一环状主体、第二环状主体以及连接所述第一环状主体和第二环状主体的凹陷部，在所述第二环状主体的外壁上设置有安装部，在所述安装部上设置有导向孔，所述导向杆穿过所述导向孔将所述下屏蔽连接到所述过渡板上。

7.根据权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，所述导向杆的数量为三个，三个所述导向杆均匀分布在所述过渡板上。

8.根据权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，所述导向杆的另一端为阶梯状。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述第一环状主体的内径小于放置在所述冷却基座上的晶圆的直径。

10.根据权利要求9所述的工艺腔室，其特征在于，所述第一环状主体的内径与所述晶圆的直径的差值至多为3毫米。

11.根据权利要求9所述的工艺腔室，其特征在于，所述第一环状主体的内边缘为斜面，所述斜面的倾斜度为15度至30度。

12.根据权利要求6至8任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，当所述冷却基座运动至工艺位置时，所述上屏蔽位于所述下屏蔽的凹陷部内，所述上屏蔽与所述下屏蔽的凹陷部的外侧壁之间的间隙至多为5毫米。

13.根据权利要求4所述的工艺腔室，其特征在于，所述通入冷却基座的气体的压强的计算公式为：

P＝(m×g)S；

其中，P为通入所述冷却基座中的气体的压强，m为所述下屏蔽的质量，g为重力加速度，S为晶圆与通入所述冷却基座的气体的接触面积。

14.根据权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述下屏蔽由金属材料、绝缘材料或金属材料和绝缘材料的复合材料制成。

15.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室为预清洗工艺腔室、刻蚀腔室、溅射腔室或LED设备。