CN105441899B - 一种加热腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及加热腔室及半导体加工设备，该加热腔室包括多个加热区域和与加热区域一一对应的加热单元、驱动单元、检测单元、控制单元和与加热单元一一对应的调节单元，驱动单元用于驱动检测单元在平行于晶片的平面内移动，并实时将检测单元的位置信号发送至控制单元；检测单元用于在其移动的过程中实时检测晶片上对应多个加热区域的温度，并将温度发送至控制单元；控制单元用于根据驱动单元发送的位置信号判断检测单元发送的温度属于的加热区域，并判断该温度与预设温度是否存在偏差，若是，调节该温度属于的加热区域所对应的调节单元，以校准对应的加热单元的输出功率。该加热腔室可以提高加热准确性和温度均匀性和降低测量晶片温度的难度。

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(Physical Vapor Deposition，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。其中，去气步骤主要是在去气腔室中对晶片进行加热，以去除晶片表面上附着的水气和易挥发的杂质，晶片的温度均匀性是影响后续工艺质量的重要因素之一，例如，在晶片的后封装领域涉及的硅通孔(Through Silicon Vias，简称TSV)PVD时，若晶片的温度不均匀，会导致后续沉积的薄膜质量不稳定，从而影响产品的良率。

图1为现有的去气腔室的结构简图，请参阅图1，在去气腔室10内水平设置有透明的石英窗11，用以将去气腔室10由上至下划分为大气腔室12和真空腔室13，在石英窗11和真空腔室13的腔室壁相接触的位置处还设置有密封圈16，用于提高真空腔室13的密封性；在真空腔室13内设置有用于承载晶片S的三根支撑针14；在大气腔室12内设置有加热装置，具体地，晶片S包括沿晶片的径向划分的多个互为同心的加热区域，对应地，加热装置包括与加热区域分别一一对应的加热组件，每个加热组件包括加热灯泡和调功器，加热灯泡用于透过石英窗11对与之对应的晶片的区域进行加热，调功器用于调节与之对应的加热灯泡的输出功率，以使与该加热灯泡对应的晶片的区域加热至工艺所需的温度。

为了实现晶片的各个加热区域均匀加热至工艺所需的温度，需要预先借助TCWafer获得各个调功器对应的加热灯泡的标准输出功率，具体地，如图1所示，由于加热灯泡在与之对应的加热区域内对称设置可实现对该加热区域均匀加热，这使得晶片沿半径方向的温度分布相同，因此，在TC Wafer的各个加热区域均设置一个TC传感器17，且每个TC传感器17通过导线18与设置在去气腔室10外部的测温仪器19相连，通过调节各个调功器使得测温仪器19上显示的TC Wafer的各个加热区域的温度均为工艺所需的温度，此时，记录各个调功器对应的加热灯泡的输出功率作为标准输出功率，以在实际工艺过程中调节各个调功器，使与之对应的加热灯泡的输出功率为标准输出功率，从而实现对晶片均匀加热。

然而，在实际应用中，采用上述方式会不可避免地存在以下技术问题：无法在工艺过程中实时获得晶片的温度，因而不能实时控制晶片的温度，从而不仅造成晶片的温度均匀性差，进而造成加热的可靠性和工艺质量差；而且还会造成当晶片的工艺所需的温度或者晶片的材质发生变化时，需要在工艺之前重新获得标准输出功率，进而造成工艺效率低。

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，不仅可以提高晶片的加热准确性和温度均匀性，从而可以提高加热的可靠性和工艺质量；而且还可以提高工艺效率；另外，可以使得在移动的过程中检测单元到晶片的焦距一定，从而可以降低测量晶片温度的难度。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种加热腔室，用于实现对晶片进行均匀加热，所述加热腔室包括多个加热区域和与所述加热区域一一对应的加热单元，还包括驱动单元、检测单元、控制单元和与所述加热单元一一对应的调节单元，其中所述驱动单元用于驱动所述检测单元在平行于所述晶片的平面内移动，并实时将所述检测单元的位置信号发送至控制单元；所述检测单元用于在其移动的过程中实时检测所述晶片上对应多个所述加热区域的温度，并将所述温度发送至控制单元；所述控制单元用于根据所述驱动单元发送的位置信号判断所述检测单元发送的温度属于的加热区域，并判断该温度与预设温度是否存在偏差，若是，调节该温度属于的加热区域所对应的所述调节单元，以校准对应的所述加热单元的输出功率。

其中，所述多个加热区域为沿所述晶片的径向划分的多个互为同心的区域，所述驱动单元用于驱动所述检测单元沿所述晶片的径向移动。

其中，所述驱动单元用于驱动所述检测单元在所述晶片的半径范围内移动。

其中，所述驱动单元包括驱动电机、丝杠和滑块，其中，所述丝杠沿着所述晶片的径向设置，所述滑块设置在所述丝杠上，所述检测单元设置在所述滑块上；所述驱动电机的驱动轴与所述丝杠相连接，驱动所述丝杠旋转以使所述滑块在所述丝杠上沿所述晶片的径向进行移动，从而带动所述检测单元沿所述晶片的径向移动。

其中，每个所述加热单元用于对与之对应的所述加热区域均匀加热。

其中，所述驱动单元设置在所述加热腔室的底壁下方，并且，所述底壁上与所述检测单元移动路径对应的区域安装有透明窗。

其中，所述驱动单元固定在所述加热腔室的底壁上。

其中，所述检测单元包括红外温度传感器。

其中，所述检测单元在其移动的过程中，所述红外温度传感器的聚焦平面和所述晶片在同一平面上。

本发明还提供了一种半导体加工设备，包括加热腔室，所述加热腔室用于对位于所述加热腔室内的晶片均匀加热，所述加热腔室采用本发明提供的上述加热腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的加热腔室，其借助检测单元在驱动单元的驱动下进行移动，在移动的过程中实时检测晶片上对应各个加热区域的温度，并将温度发送至控制单元，控制单元根据驱动单元实时发送来的检测单元的位置信息判断检测单元发送的温度属于的加热区域(即，判断当前所检测的加热区域)，并判断该温度和预设温度是否存在偏差，若是，则调节该温度属于的加热区域(即，当前检测的加热区域)所对应的调节单元，以校准对应的加热单元的输出功率，可以实现在工艺过程中实时对各个加热区域进行温控，因而不仅可以提高晶片的加热准确性和温度均匀性，从而可以提高加热的可靠性和工艺质量；而且这与现有技术相比，还可以适用于预设温度变化和/或晶片材质变化的情况，从而可以提高工艺效率；另外，由于驱动单元驱动检测单元在平行于晶片的平面内移动，可以使得检测单元(例如，红外温度传感器)的聚焦平面和晶片在同一平面上，因而在移动的过程中检测单元到晶片的焦距为固定值，从而可以降低测量晶片温度的难度。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述加热腔室，不仅可以提高晶片的加热准确性和温度均匀性，从而可以提高加热的可靠性和工艺质量；而且还可以提高工艺效率；另外，可以使得在移动的过程中检测单元到晶片的焦距为固定值，从而可以降低测量晶片温度的难度。

附图说明

图1为现有的去气腔室的结构简图；

图2为本发明实施例提供的加热腔室的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的加热腔室的原理框图；

图4为加热腔室的多个加热区域的一种结构示意图；

图5为图2所示的加热灯泡的分布示意图；以及

图6为加热腔室的多个加热区域的另一种结构示意图。

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为本发明实施例提供的加热腔室的原理框图。请一并参阅图2和图3，本实施例提供的加热腔室20，用于实现对晶片进行均匀加热，该加热腔室20包括多个加热区域，在本实施例中，多个加热区域为加热腔室20沿晶片的径向划分的多个互为同心的区域，如图4所示，加热腔室20包括沿晶片的径向划分的多个互为同心的加热区域1-4；加热腔室20还包括与加热区域一一对应的加热单元21，具体地，加热单元21包括加热灯泡；如图5所示，加热腔室20包括与加热区域1-4一一对应的加热单元211-214。

在本实施例中，加热腔室20还包括驱动单元22、检测单元23、控制单元24和与加热单元21一一对应的调节单元25，具体地，调节单元25包括与加热单元211-214一一对应的调节单元251-254；其中，驱动单元22用于驱动检测单元23在平行于晶片S的平面内移动，并实时将检测单元23的位置信号发送至控制单元24；检测单元23用于在其移动的过程中实时检测多个加热区域的温度，并将温度发送至控制单元24，检测单元23为非接触式温度传感器，非接触式温度传感器包括红外温度传感器；控制单元24用于根据驱动单元22发送的位置信号判断检测单元23发送的温度属于的加热区域，换言之，判断检测单元23当前所检测的加热区域；并判断该温度与预设温度是否存在偏差，若是，调节该温度属于的加热区域所对应的调节单元25，换言之，调节当前所检测的加热区域对应的调节单元25，以校准对应的加热单元21的输出功率，其中，预设温度为该加热区域工艺所需的温度，多个加热区域的预设温度可以相同，也可以不同。调节单元包括调功器。

具体地，若控制单元24根据驱动单元22发送的位置信号判断检测单元23发送的温度属于加热区域2，若判断该温度低于预设温度，调节与加热区域2对应的调节单元252，以增大与该调节单元252对应的加热单元212的输出功率，因而可以增大加热区域2的温度，从而减小其和预设温度的偏差；若判断该温度高于预设温度，调节与加热区域2对应的调节单元252，以减小与该调节单元252对应的加热单元212的输出功率，因而可以降低加热区域2的温度，从而减小其与预设温度的偏差。

在本实施例中，由于多个加热区域为加热腔室20沿晶片S的径向划分的多个互为同心的区域，如图4所示，在这种情况下，驱动单元22用于驱动检测单元23沿晶片S的径向移动，可以实现在沿晶片S的径向移动的过程中，实现检测单元23的移动路径对应经过多个加热区域1-4，从而实现在其移动的过程中检测多个加热区域1-4的温度。

优选地，驱动单元22用于驱动检测单元23在晶片S的半径范围内移动，即，如图3中所示，检测单元23对应在晶片S的中心位置A和边缘位置B之间移动，这可以实现在检测单元23检测多个加热区域的温度前提下，减少检测单元23的移动路径，从而可以减小驱动单元22输出功率的浪费。容易理解，在工艺过程中，驱动单元22驱动检测单元23沿晶片S的径向且在晶片S的半径范围内进行往返移动，即，检测单元沿晶片S的径向，对应在晶片S的中心位置A和边缘位置B之间进行往返移动，从而实现在工艺过程中实时检测不同加热区域的温度。

另外，驱动单元22包括驱动电机221、丝杠222和滑块223，其中，丝杠222沿着晶片S的径向设置，滑块223设置在丝杠222上，检测单元23设置在滑块223上；驱动电机221的驱动轴与丝杠222相连接，具体地，驱动电机221的驱动轴和丝杠222通过联轴器相连接，驱动电机221驱动丝杠222旋转，以使滑块223在丝杠222上沿晶片S的径向进行移动，从而带动检测单元23沿晶片S的径向移动，在本实施例中，丝杠222的长度设置为：可使检测单元23对应晶片S的半径的进行移动的长度。在实际应用中，驱动单元22也可以采用其他的驱动结构，来实现驱动检测单元23沿晶片S的径向进行移动。另外，驱动单元22实时将检测单元23的位置信号发送至控制单元24，其中，位置信号包括驱动电机221内部的编码器的参数值。

进一步优选地，每个加热单元21用于对与之对应的加热区域均匀加热，如图5所示，加热灯泡在与之对应的加热区域内均匀分布，以实现对与之对应的加热区域进行均匀加热，从而可以进一步提高晶片S的温度均匀性；另外，由于每个加热区域的温度均匀，因此，在本实施例采用检测单元23沿晶片S的径向且在晶片S的半径范围内进行移动，可以实现在每个加热区域的任意位置准确检测该加热区域的温度，换言之，可以提高检测每个加热区域的温度的准确性。

具体地，在本实施例中，驱动单元22设置在加热腔室20的底壁下方，并且，底壁上与检测单元23移动路径对应的区域安装有透明窗203，以使检测单元23在驱动单元22的驱动下移动时，可以透过透明窗203对晶片S的温度进行检测；透明窗203采用石英材料制成。优选地，驱动单元22固定在加热腔室20的底壁上，这可以使得驱动单元22相对加热腔室20固定，因而可以使得检测单元23相对加热腔室20的相对位置稳定，从而可以提高加热腔室的稳定性。

容易理解，为实现检测单元23在加热腔室20的底部透过透明窗203检测到晶片S的温度，晶片S采用至少三个支撑针204支撑，如图3所示。

另外，在本实施例中，加热腔室20内水平设置有透明窗205，用以将加热腔室20由上至下划分为大气腔室201和真空腔室202，其中，加热单元21设置在大气腔室201，加热单元21透过透明窗205对位于真空腔室202内的晶片S进行加热，为提高真空腔室202的密封性，在透明窗205与真空腔室202的腔室臂相接触的位置处设置有密封圈206；本实施例提供的加热腔室20的具体工作过程为：在进行工艺时，对真空腔室202进行抽气，以使其被快速地抽成真空状态，再通过传输系统将晶片S传输至真空腔室202内的支撑针204上，接着采用加热单元21对加热腔室20进行加热，以加热晶片S，在加热过程中使晶片均匀加热至工艺所需的预设温度，在加热完成后，通过传输系统将晶片自真空腔室202内取出并传入用于完成下个工艺步骤的腔室。

需要说明的是，在本实施例中，加热腔室20被划分为沿其径向划分的互为同心的多个加热区域。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，加热腔室20可以根据实际情况具体划分加热区域，且加热区域的数量可以根据具体情况具体设置，例如，加热腔室20被划分为沿其周向依次设置的四个加热区域1-4，如图6所示，在这种情况下，驱动单元22用于驱动检测单元23在平行于晶片S的平面内，沿晶片S的周向移动，这可以实现在检测单元23移动的过程中实时检测多个加热区域的温度。

由上可知，借助检测单元23在驱动单元22的驱动下进行移动，在移动的过程中实时检测晶片上对应各个加热区域的温度，并将温度发送至控制单元24，控制单元24根据驱动单元22实时发送来的检测单元23的位置信息判断检测单元23发送的温度属于的加热区域(即，判断当前检测的加热区域)，并判断该温度和预设温度是否存在偏差，若是，则调节该温度属于的加热区域(即，当前检测的加热区域)对应的调节单元25，以校准对应的加热单元21的输出功率，可以实现在工艺过程中实时对各个加热区域进行温控，因而不仅可以提高晶片的加热准确性和温度均匀性，从而可以提高加热的可靠性和工艺质量；而且这与现有技术相比，还可以适用于预设温度变化和/或晶片材质变化的情况，从而可以提高工艺效率；另外，由于驱动单元驱动检测单元在平行于晶片的平面内移动，可以使得检测单元(例如，红外温度传感器)的聚焦平面和晶片在同一平面上，因而在移动的过程中检测单元到晶片的焦距为固定值，从而可以降低测量晶片温度的难度。

作为另外一个技术方案，本实施例还提供一种半导体加工设备，其包括加热腔室，加热腔室用于对位于加热腔室内的晶片均匀加热，其中，加热腔室采用本发明上述实施例提供的加热腔室。

本实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本实施例提供的上述加热腔室，不仅可以提高晶片的加热准确性和温度均匀性，从而可以提高加热的可靠性和工艺质量；而且可以提高工艺效率；另外可以降低测量晶片温度的难度。

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 (9)

1.一种加热腔室，用于实现对晶片进行均匀加热，所述加热腔室包括多个加热区域和与所述加热区域一一对应的加热单元，其特征在于，还包括驱动单元、检测单元、控制单元和与所述加热单元一一对应的调节单元，其中

所述驱动单元用于驱动所述检测单元在平行于所述晶片的平面内移动，并实时将所述检测单元的位置信号发送至控制单元；所述多个加热区域为沿所述晶片的径向划分的多个互为同心的区域，所述驱动单元用于驱动所述检测单元沿所述晶片的径向移动；

所述检测单元用于在其移动的过程中实时检测所述晶片上对应多个所述加热区域的温度，并将所述温度发送至控制单元；

所述控制单元用于根据所述驱动单元发送的位置信号判断所述检测单元发送的温度属于的加热区域，并判断该温度与预设温度是否存在偏差，若是，调节该温度属于的加热区域所对应的所述调节单元，以校准对应的所述加热单元的输出功率。

2.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述驱动单元用于驱动所述检测单元在所述晶片的半径范围内移动。

3.根据权利要求1或2所述的加热腔室，其特征在于，所述驱动单元包括驱动电机、丝杠和滑块，其中，所述丝杠沿着所述晶片的径向设置，所述滑块设置在所述丝杠上，所述检测单元设置在所述滑块上；所述驱动电机的驱动轴与所述丝杠相连接，驱动所述丝杠旋转以使所述滑块在所述丝杠上沿所述晶片的径向进行移动，从而带动所述检测单元沿所述晶片的径向移动。

4.根据权利要求1-2任意一项所述的加热腔室，其特征在于，每个所述加热单元用于对与之对应的所述加热区域均匀加热。

5.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述驱动单元设置在所述加热腔室的底壁下方，并且，所述底壁上与所述检测单元移动路径对应的区域安装有透明窗。

6.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述驱动单元固定在所述加热腔室的底壁上。

7.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述检测单元包括红外温度传感器。

8.根据权利要求7所述的加热腔室，其特征在于，所述检测单元在其移动的过程中，所述红外温度传感器的聚焦平面和所述晶片在同一平面上。

9.一种半导体加工设备，包括加热腔室，所述加热腔室用于对位于所述加热腔室内的晶片均匀加热，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。