CN105261576A - 一种加热腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加热腔室及半导体加工设备，该加热腔室用于完成半导体工艺中的加热步骤，加热腔室包括第一加热装置和第一晶片，第一加热装置设置在第一晶片的上方，第一加热装置用于采用热辐射的方式加热第一晶片，加热腔室还包括第二加热装置和第二晶片，第二晶片设置在第一晶片的下方，第二加热装置设置在第二晶片的下方，第二加热装置用于采用热辐射的方式加热第二晶片，以实现加热腔室同时对第一晶片和第二晶片加热。本发明提供的半导体加工设备，可以提高半导体加工设备的产能，从而可以提高经济效益。

Description

一种加热腔室及半导体加工设备

技术领域

本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种加热腔室及半导体加工设备。

背景技术

物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，简称PVD)技术是半导体工业中最为广泛使用的一种薄膜制造技术。在集成电路的制造领域中，PVD技术多特指磁控溅射沉积技术，主要用于铝、铜等金属薄膜的沉积，以构成金属接触、金属互连线等。

PVD工艺通常包括以下步骤：1)去气步骤；2)预清洗步骤；3)铜阻挡层步骤；4)铜籽晶层步骤。上述PVD工艺采用PVD设备实现，图1为PVD设备的结构示意图。请参阅图1，该PVD设备包括大气传输系统、真空传输系统和反应系统，其中，大气传输系统包括前端开启装置11、大气传输单元12和大气机械手13，大气机械手13用于向真空传输系统内传输晶片；真空传输系统包括负载锁闭器14和传输腔室15和真空机械手；反应系统包括与传输腔室15相连通，且分别用于完成上述四个步骤的去气腔室16、预清洗腔室17、阻挡层沉积腔室18和铜籽晶层沉积腔室19，其中，去气腔室16、预清洗腔室17、阻挡层沉积腔室18和铜籽晶层沉积腔室19均为单片腔室，所谓单片腔室是指单次工艺仅完成一个晶片，每个晶片依次经由上述去气腔室16、预清洗腔室17、阻挡层沉积腔室18和铜籽晶层沉积腔室19，用以依次完成上述四个步骤，从而完成PVD工艺；传输腔室15内设置有多手臂且手臂运动相互无关联的真空机械手，用于按照上述顺序依次将不同的四个晶片传输至去气腔室16、预清洗腔室17、阻挡层沉积腔室18和铜籽晶层沉积腔室19传输晶片，以使四个晶片在其所在的腔室内完成相应的工艺步骤，在四个晶片均完成相应的工艺步骤之后，位于铜籽晶层沉积腔室内19内的晶片完成整个PVD工艺，再将未进行工艺的晶片和位于去气腔室16、预清洗腔室17、阻挡层沉积腔室18的晶片按照上述顺序再传输至相应的腔室完成相应的工艺步骤，从而实现连续化加工。

然而，采用上述PVD设备在实际应用中往往会存在以下问题：由于上述PVD工艺中的去气步骤的工艺时间最长，一般为80s，而其他工艺步骤的工艺时间一般40～45s，大约为去气腔室工艺时间的一半，并且，去气腔室16的单次工艺仅实现对一个晶片进行加热，这就造成在去气腔室内对下一个晶片进行去气步骤的上半工艺时间内就已完成对上一个晶片的预清洗步骤，而在下半工艺时间内预清洗腔室为空闲状态，从而造成该PVD设备的产出率低，一般低于90片/小时，进而造成经济效益低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种加热腔室及半导体加工设备，可以提高半导体加工设备的产能，从而可以提高经济效益。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种加热腔室，所述加热腔室包括第一加热装置和第一晶片，第一加热装置设置在所述第一晶片的上方，第一加热装置用于采用热辐射的方式加热所述第一晶片，所述加热腔室还包括第二加热装置和第二晶片，所述第二晶片设置在所述第一晶片的下方，所述第二加热装置设置在所述第二晶片的下方，所述第二加热装置用于采用热辐射的方式加热所述第二晶片，以实现所述加热腔室同时对所述第一晶片和所述第二晶片加热。

其中，在所述第一加热装置和所述第一晶片之间还设置有透明窗，所述第一加热装置透过所述透明窗朝向所述第一晶片辐射热量，用以加热所述第一晶片。

其中，在所述第二加热装置和所述第二晶片之间还设置有透明窗，所述第二加热装置透过所述透明窗朝向所述第二晶片辐射热量，用以加热所述第二晶片。

其中，在所述透明窗和所述加热腔室的腔室侧壁相接触的位置处设置有密封圈。

其中，所述加热腔室还包括在所述加热腔室的腔室侧壁上设置的承载件，借助所述第一晶片或第二晶片下表面的边缘区域叠置在所述承载件的上表面上，用以承载所述第一晶片或所述第二晶片。

其中，所述承载件包括多个卡脚，且所述多个卡脚沿所述加热腔室的周向间隔设置。

其中，所述多个卡脚沿所述加热腔室的周向间隔且均匀设置。

其中，每个卡脚上表面的靠近所述加热腔室侧壁的区域形成有凸台。

本发明还提供了一种半导体加工设备，包括加热腔室，所述加热腔室采用本发明提供的上述加热腔室，用于完成半导体工艺中的加热步骤。

其中，所述半导体加工设备包括物理气相沉积设备，所述加热腔室包括物理气相沉积设备的去气腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的加热腔室，其借助在加热腔室内还设置有第二加热装置和第二晶片，第二晶片位于第一晶片的下方，第二加热装置位于第二晶片的下方，第二加热装置采用热辐射的方式加热第二晶片，这与现有技术相比，在第一加热装置加热第一晶片的同时可借助第二加热装置加热第二晶片，因此可实现加热腔室同时对第一晶片和第二晶片加热，换言之，加热腔室实现同时对两个晶片进行加热，因而可以提高加热腔室的产能，这在加热腔室进行加热步骤(例如，去气腔室进行去气步骤)的工艺时间相对其他步骤的工艺时间的较长(例如，两倍)时，可以在一定程度上避免在加热步骤的工艺时间内其他步骤为空闲状态，因而可以提高半导体加工设备(例如，PVD设备)的产能，从而可以提高经济效益。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的加热腔室，可以提高半导体加工设备的产能，从而可以提高经济效益。

附图说明

图1为现有的PVD设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的加热腔室的结构示意图；

图3为沿图2中A-A’线的俯视图；以及

图4为图2所示的加热腔室的工作流程图。

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，下面结合附图来对本发明提供的加热腔室及半导体加工设备进行详细描述。

图2为本发明实施例提供的加热腔室的结构示意图。图3为沿图2中A-A’线的俯视图。请一并参阅图2和图3，本实施例提供的加热腔室20用于完成半导体工艺中的加热步骤，加热腔室20包括第一加热装置21、第二加热装置22、第一晶片23和第二晶片24。其中，第一加热装置21设置在第一晶片23的上方，第一加热装置21用于采用热辐射的方式加热第一晶片23，具体地，第一加热装置21包括加热灯泡；第二晶片24设置在第一晶片23的下方，第二加热装置22设置在第二晶片24的下方，第二加热装置22用于采用热辐射的方式加热第二晶片24，第二加热装置22包括加热灯泡，以实现加热腔室20同时对第一晶片23和第二晶片24加热，换言之，加热腔室20实现同时对两个晶片进行加热。

由于晶片的工艺环境一般为真空环境，而加热灯泡的工作环境为大气环境，为此，在第一加热装置21和第一晶片23之间还设置有透明窗25，如图2所示，第一加热装置21透过透明窗25朝向第一晶片23辐射热量，用以加热第一晶片，借助透明窗25可以实现将加热腔室20划分为第一加热装置21所在的大气环境部分和第一晶片23所在的真空部分。基于上述同样的原因，在第二加热装置22和第二晶片24之间还设置有透明窗25，以使第二加热装置22透过透明窗25朝向第二晶片24辐射热量，用以加热第二晶片24，借助透明窗25将加热腔室划分为第二加热装置22所在的大气环境部分和第二晶片所在的真空部分；具体地，透明窗25采用石英材料制成。

具体地，如图2所示，透明窗25将加热腔室20由上至下划分为第一加热装置21所在的大气环境部分201、第一晶片23和第二晶片24所在的真空环境部分202以及第二加热装置22所在的大气环境部分203，本实施例提供的加热腔室可用于作为实现PVD工艺中的去气步骤的去气腔室，这与现有技术相比，仅需要对现有的去气腔室的进行简单改进，即，在去气腔室的底壁上设置透明窗25，以及在透明窗25的下方设置第二加热装置22即可，因而可以避免现有的去气腔室的浪费，从而可以降低生产成本；另外，第二加热装置22的设置方式和第一加热装置21的设置方式相同，由于第一加热装置21可以实现对第一晶片23均匀加热，因而第二加热装置22保持了第一加热装置21的加热均匀性，从而第二晶片24也可以获得与第一晶片23相同的较好的温度均匀性。

容易理解，在本实施例提供的加热腔室20中，第一晶片23由于受到第二晶片24对第二加热装置22的遮挡，因此，第一晶片23不会接收到第二加热装置22辐射的热量，同理，第二晶片24由于受到第一晶片23对第一加热装置21的遮挡，因此，第二晶片24不会接收到第一加热装置21辐射的热量；而且，由于第一加热装置21和第二加热装置22均采用热辐射的方式加热第一晶片23和第二晶片24，且第一晶片23和第二晶片24位于真空环境部分202，因此，第一晶片23和第二晶片24之间通过气体进行的热对流几乎为0，由上可知，第一晶片23的加热与第二晶片24的加热之间不会相互影响，因而可以实现独立地对第一晶片23和第二晶片24进行加热，从而可以使得第一晶片23和第二晶片24均达到工艺所需的温度。

优选地，第一加热装置21和第二加热装置22在相同的时间内加热第一晶片23和第二晶片24至工艺所需的温度，在本实施例中，具体地，相同的时间是指去气腔室完成去气步骤所需的工艺时间，因而可以使得在去气步骤的工艺时间内完成两个晶片加热至工艺所需的温度，从而可以提高加热腔室20(即，去气腔室)的产能至两倍，而去气步骤的工艺时间为其他单片工艺步骤各自工艺时间的2倍，因此，这使得在加热腔室20对下一次两个晶片进行加热(即，完成去气步骤)的工艺时间内，上一次完成加热(即，去气步骤)的两个晶片可以分别单片进行后续工艺步骤，因而不会造成在去气步骤的下半工艺时间内其他单片工艺步骤(例如，预清洗步骤)为空闲状态，从而可以使得PVD的产能提高一倍。所谓单片工艺步骤是指单次仅完成一个晶片的步骤。

在实际应用中，也可以使得第一加热装置21加热第一晶片23至工艺所需的温度的时间和第二加热装置22加热第二晶片24至工艺所需温度的时间不同，这样虽然加热腔室20的产能不能提高至两倍，但是仍然可以在一定程度上提高PVD设备的产能。

另外，在本实施例中，第一加热装置21加热第一晶片23的上表面，第二加热装置22加热第二晶片24的下表面，而晶片的上下表面的材质一般相同，因而可以设置第一加热装置21和第二加热装置22的输出功率相同，以使第一晶片23和第二晶片24在相同的时间内均加热至工艺所需的温度；当然，在实际应用中，若晶片的上下表面的材质不同时，由于可以独立地对第一晶片23和第二晶片24进行加热，因此可以具体设置第一加热装置21和第二加热装置22的输出功率，以使第一晶片23和第二晶片24在相同的时间内均加热至工艺所需的温度。

优选地，在透明窗25和加热腔室20的腔室侧壁相接触的位置处设置有密封圈26，用于密封二者之间的间隙，从而可以保证真空环境部分的密封性。

在本实施例中，为实现在加热腔室20内承载第一晶片23或第二晶片24，该加热腔室20还包括在加热腔室20的腔室侧壁上设置的承载件27，借助第一晶片23或第二晶片24下表面的边缘区域叠置在承载件27的上表面上，用以承载第一晶片23或第二晶片24，如图2所示，为实现承载在加热腔室20内由上至下依次设置的第一晶片23和第二晶片24，在加热腔室20的腔室侧壁上由上至下依次设置有两个承载件，用以分别承载第一晶片23和第二晶片24。

具体地，每个承载件27包括多个卡脚271，且多个卡脚271沿加热腔室20的周向间隔设置，在本实施例中，如图2所示，承载件27包括三个卡脚271。容易理解，为避免晶片与卡脚217之间进行热传导影响晶片的温度均匀性，应该在保证卡脚217稳定支撑晶片的前提下，尽可能地减小卡脚217与晶片的接触面积。

优选地，多个卡脚271沿加热腔室20的周向间隔且均匀设置，如图3所示，相邻两个卡脚271在其所在平面上的中心夹角为120°，借助间隔且均匀设置的多个卡脚217，可以稳定地承载第一晶片23或第二晶片24，从而可以提高本发明提供的加热腔室的稳定性。

进一步优选地，每个卡脚271上表面的靠近加热腔室20的腔室侧壁的区域形成有凸台2711，用以对第一晶片23或第二晶片24进行限位。

在实际应用时，需要调节用于传输第一晶片23和第二晶片24的机械手的工位，以保证机械手能够将第一晶片23和第二晶片24准确地放置在对应的承载件27上；在本实施例中，图3为沿图2中A-A’线的俯视图，如图3所示，第一晶片23和第二晶片24完全重合，因此，对于第一晶片23和第二晶片24，机械手在水平方向上的工位相同，仅需调节机械手的高度即可。

另外，在本实施例提供的加热腔室20的侧壁上还设置有传片口(图中未示出)，用于作为机械手传输第一晶片23和第二晶片24的通道，由于传片口贯穿其所在的加热腔室20的侧壁，因此，承载件27的多个卡脚271设置在加热腔室20的除去传片口所在区域的腔室侧壁上。

下面结合图4详细描述本实施例提供的加热腔室20的具体工作过程。具体地，包括以下步骤：

步骤S1，采用与真空环境部分202相连通的抽气系统(图中未示出)对真空环境部分202抽气，以使真空环境部分202为真空状态；

步骤S2，采用包括机械手等的传输装置通过传片口向真空环境部分202内的用于承载第一晶片23的多个卡脚271上装载第一晶片23；

步骤S3，将第一加热装置21打开，对第一晶片23加热；

步骤S4，采用包括机械手等的传输装置通过传片口向真空环境部分202内的用于承载第二晶片24的多个卡脚271上装载第二晶片24；

步骤S5，将第二加热装置22打开，对第二晶片24加热；

步骤S6，第一晶片23完成加热后，将第一加热装置21关闭，将第一晶片23卸载，并装载下一个未加热的第一晶片23，再将第一加热装置21打开，对下一个第一晶片23加热；

步骤S7，第二晶片24完成加热后，将第二加热装置22关闭，将完成加热的第二晶片24卸载，并装载下一个未加热的第二晶片24，再将第二加热装置22打开，对下一个第二晶片24加热，进入步骤S6。

在上述工作过程中，第一加热装置21和第二加热装置22加热第一晶片23和第二晶片24至工艺所需的温度的时间相同，一般为80s；由于机械手装卸载晶片的时间相对加热时间很少，一般为5s，这使得加热腔室20内始终有两个晶片(即，第一晶片23和第二晶片24)，因而可以使得去气腔室的产能提高至接近两倍。

在上述步骤S6和步骤S7中，将完成加热的第一晶片23和第二晶片24卸载后传入下个步骤的腔室(例如，完成预清洗步骤的预清洗腔室)内，以进行下个步骤；由于预清洗腔室为单片工艺的腔室，所以应该在第一晶片23完成预清洗步骤之后，再将第二晶片24传入预清洗腔室进行工艺。

需要说明的是，在本实施例中，承载第一晶片23和第二晶片24的承载件27结构相同，且均采用设置在加热腔室20的腔室侧壁上的上述结构。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，承载件27也可以采用设置在加热腔室20的腔室侧臂上的其他结构，只要能够实现承载件稳定承载第一晶片23或第二晶片24即可；而且，承载第一晶片23和第二晶片24的承载件27的结构也可以不相同，只要二者不互相影响即可，例如，承载第一晶片23的承载件27采用上述设置在加热腔室20的腔室侧壁上的结构，而承载第二晶片24的承载件27采用设置在第二晶片24和第二加热装置22之间的透明窗25上的至少三个支撑针，由于采用支撑针结构，可以有效地保证了第二加热装置22能够向第二晶片24辐射能量。

还需要说明的是，半导体加工设备包括PVD设备，加热腔室作为去气腔室，用于在该加热腔室内完成PVD工艺中的去气步骤；PVD设备还包括预清洗腔室、阻挡层沉积腔室和工艺腔室，用于在去气步骤完成之后依次进行预清洗步骤、铜阻挡层步骤和铜籽晶层步骤，并且，预清洗腔室、阻挡层沉积腔室和工艺腔室为单片工艺腔室，即，单次工艺仅完成一个晶片；在实际应用中，去气腔室的工艺时间为其他单片工艺腔室各自工艺时间的两倍。

综上所述，本实施例提供的加热腔室，其借助在加热腔室20内还设置有第二加热装置22和第二晶片24，第二晶片24位于第一晶片23的下方，第二加热装置22位于第二晶片24的下方，第二加热装置22采用热辐射的方式加热第二晶片24，这与现有技术相比，在第一加热装置21加热第一晶片22的同时可借助第二加热装置22加热第二晶片24，因此可实现加热腔室20同时对第一晶片23和第二晶片24加热，换言之，加热腔室20实现同时对两个晶片进行加热，因而可以提高加热腔室的产能，这在加热腔室进行加热步骤(例如，去气腔室进行去气步骤)的工艺时间相对其他步骤的工艺时间较长(例如，两倍)时，可以在一定程度上避免在加热步骤的工艺时间内其他步骤为空闲状态，因而可以提高半导体加工设备(例如，PVD设备)的产能，从而可以提高经济效益。

作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括加热腔室，该加热腔室采用本发明上述实施例提供的加热腔室，用于完成半导体工艺中的加热步骤。具体地，在本实施例中，半导体加工设备包括物理气相沉积设备(即，PVD设备)，加热腔室包括物理气相沉积设备的去气腔室。

本实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明上述实施例提供的加热腔室，可以提高半导体加工设备的产能，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 (10)

1.一种加热腔室，所述加热腔室包括第一加热装置和第一晶片，第一加热装置设置在所述第一晶片的上方，第一加热装置用于采用热辐射的方式加热所述第一晶片，其特征在于，所述加热腔室还包括第二加热装置和第二晶片，所述第二晶片设置在所述第一晶片的下方，所述第二加热装置设置在所述第二晶片的下方，所述第二加热装置用于采用热辐射的方式加热所述第二晶片，以实现所述加热腔室同时对所述第一晶片和所述第二晶片加热。

2.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，在所述第一加热装置和所述第一晶片之间还设置有透明窗，所述第一加热装置透过所述透明窗朝向所述第一晶片辐射热量，用以加热所述第一晶片。

3.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，在所述第二加热装置和所述第二晶片之间还设置有透明窗，所述第二加热装置透过所述透明窗朝向所述第二晶片辐射热量，用以加热所述第二晶片。

4.根据权利要求2或3所述的半导体加工设备，其特征在于，在所述透明窗和所述加热腔室的腔室侧壁相接触的位置处设置有密封圈。

5.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述加热腔室还包括在所述加热腔室的腔室侧壁上设置的承载件，借助所述第一晶片或第二晶片下表面的边缘区域叠置在所述承载件的上表面上，用以承载所述第一晶片或所述第二晶片。

6.根据权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，所述承载件包括多个卡脚，且所述多个卡脚沿所述加热腔室的周向间隔设置。

7.根据权利要求6所述的半导体加工设备，其特征在于，所述多个卡脚沿所述加热腔室的周向间隔且均匀设置。

8.根据权利要求6所述的半导体加工设备，其特征在于，每个卡脚上表面的靠近所述加热腔室侧壁的区域形成有凸台。

9.一种半导体加工设备，包括加热腔室，其特征在于，所述加热腔室采用权利要求1-8任意一项所述的加热腔室，用于完成半导体工艺中的加热步骤。

10.根据权利要求9所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备包括物理气相沉积设备，所述加热腔室包括物理气相沉积设备的去气腔室。