CN105575871A - 承载装置和反应腔室 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种承载装置，该承载装置包括用于承载基片的基座和用于对所述基片进行冷却的冷却机构，所述冷却机构包括背吹管道，所述基座上设置有沿所述基座的厚度方向贯穿所述基座的通孔，所述背吹管道的出气端设置在所述通孔中，其中，所述冷却机构还包括调节所述背吹管道内的背吹气体的温度的辅助冷却结构。本发明还提供一种反应腔室。当利用本发明所提供的承载装置进行微电子加工工艺时，利用辅助冷却结构对背吹管道内的背吹气体进行温度调节，利用经过温度调节后的背吹气体可以将基座上设置的基片冷却至所需温度。
Description
技术领域
本发明涉及微电子加工设备领域，具体地，涉及一种承载装置和一种包括该承载装置的反应腔室。
背景技术
微电子加工设备包括等离子刻蚀设备、物理气相沉积设备等。这些微电子加工设备的共同特点在于，都包括工艺腔室和设置在工艺腔室中的承载装置。
图1中所示的是一种常见的物理气相沉积腔室的结构示意图，如图1中所示，所述物料气相沉积设备的溅射腔室包括具有工艺腔的腔室主体300、设置在腔室主体300的工艺腔内的承载装置100、设置在承载装置100上方且位于所述工艺腔内的溅射靶材400和位于溅射靶材400上方的磁控管500。
在进行物理气相沉积时，将基片固定在承载装置100的上表面上，向所述工艺腔内通入一定流量的氩气直至工艺腔内气压稳定，随后旋转磁控管400，并利用直流电源DC向溅射靶材400上施加一定的功率，以消耗靶材形成等离子，消耗靶材形成的等离子最终沉积在基片200上，并在基片200上形成薄膜。
由于消耗靶材形成的等离子温度较高，因此，当等离子沉积在基片上时会使基片温度升高。基片温度过高则容易发生变形，最终形成次品，所以在物理气相沉积工艺中，应当将基片温度控制在一定范围内。例如，在基片上沉积金属薄膜时，应当将基片的温度控制在室温(通常为20±5℃)。因此，承载装置的基座中通常设置有背吹管道，通过背吹管道向设置在基座表面的基片吹送冷却气体，然后利用冷却气体带走基片的部分热量。
众所周知的是，直流电源DC施加在溅射靶材400上的功率越大，获得的等离子体的能量越高，沉积速率越高。为了提高沉积速率，则需要提高直流电源DC的功率。但是直流电源DC功率越大，也会导致等离子体温度过高，当等离子体沉积在基片200上时会提高基片的温度，严重时可能会导致基片变形甚至融化。通过背吹气体无法将基片的温度维持在室温。
因此，如何将基片的温度维持在理想的温度成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种承载装置、一种包括所述承载装置的溅射腔室和一种包括所述溅射腔室的物理气相沉积设备，在进行工艺时，可以根据具体的工艺条件调节背吹气体的温度，以将基片维持在理想的温度。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种承载装置，该承载装置包括用于承载基片的基座和用于对所述基片进行冷却的冷却机构，所述冷却机构包括背吹管道，所述基座上设置有沿所述基座的厚度方向贯穿所述基座的通孔，所述背吹管道的出气端设置在所述通孔中，其中，所述冷却机构还包括调节所述背吹管道内的背吹气体的温度的辅助冷却结构。
优选地，所述辅助冷却结构包括冷却管道，所述冷却管道中能够通入用于调节所述背吹管道中的背吹气体的温度的冷却液。
优选地，所述冷却管道固定在所述背吹管道的一部分上，所述背吹管道的直径在4mm至8mm之间，所述背吹管道上设置所述冷却管道的部分的长度在300mm至500mm之间。
优选地，所述冷却管道包括上行管道和下行管道，所述上行管道中的冷却液的流动方向与所述背吹管道中背吹气体的流动方向相同，所述下行管道中的冷却液的流动方向与所述背吹管道中背吹气体的流动方向相反。
优选地，所述上行管道和所述下行管道均为环绕所述背吹管道的螺旋管。
优选地，形成所述上行管道的螺旋管的管径以及形成所述下行管道的螺旋管的管径均在3mm至10mm之间。
优选地，所述上行管道包括围成上行冷却液通道的第一内壁、第一外壁和两个第一连接壁，所述第一内壁与所述背吹管道的外表面的一部分贴合，两个所述第一连接壁分别在所述第一内壁的周向方向的两侧将所述第一内壁与所述第一外壁相连，所述下行管道包括围成下行冷却液通道的第二内壁、第二外壁和两个第二连接壁，所述第二内壁与所述背吹管道的外表面的一部分贴合，两个所述第二连接壁分别在所述第二内壁的周向方向的两侧将所述第二内壁与所述第二外壁相连。
优选地，所述上行管道和所述下行管道共同环绕所述背吹管道一周。
作为本发明的另一方面，提供一种反应腔室，该反应腔室包括形成有工艺腔的腔室主体和设置在所述工艺腔中的承载装置，其中，所述承载装置为本发明所提供的上述承载装置。
优选地，所述反应腔室包括设置在所述承载装置上方的溅射靶材和设置在所述溅射靶材上方的磁控管。
当利用本发明所提供的承载装置进行微电子加工工艺(例如，进行物理气相沉积工艺)时，利用辅助冷却结构对背吹管道内的背吹气体进行温度调节，利用经过温度调节后的背吹气体可以将基座上设置的基片冷却至所需温度。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是现有的物理气相沉积设备的结构示意图；
图2是本发明所提供的承载装置的第一种实施方式的结构示意图；
图3是本发明所提供的承载装置的第二种实施方式的结构示意图；
图4是图3中所示的承载装置中的上行冷却液通道和下行冷却液管道的安装状态的俯视图；
图5是包括图2中的承载装置的反应腔室；
图6是包括图3中的承载装置的反应腔室。
附图标记说明
100：承载装置110：基座
120：背吹管道121：冷却管道
121a：上行管道121b：下行管道
121a1：第一内壁121a2：第一外壁
121a3：第一连接壁121b1：第二内壁
121b2：第二外壁121b3：第二连接壁
200：基片300：腔室主体
400：溅射靶材500：磁控管
110a：冷却液通道
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图2和图3所示，作为本发明的一个方面，提供一种承载装置100，该承载装置100包括用于承载基片200的基座110和用于对基片200进行冷却的冷却机构，该冷却机构包括背吹管道120，基座110上设置有沿该基座110的厚度方向贯穿该基座110的通孔，背吹管道120的出气端设置在所述通孔中，其中，所述冷却机构还包括调节背吹管道120内的背吹气体的温度的辅助冷却结构。
当利用本发明所提供的承载装置100进行微电子加工工艺(例如，进行物理气相沉积工艺)时，利用辅助冷却结构对背吹管道120内的背吹气体进行温度调节，利用经过温度调节后的背吹气体可以将基座110上设置的基片200冷却至所需温度。
在本发明中，可以根据具体的工艺条件设定需要将背吹气体调节至的温度。利用辅助冷却结构将背吹气体调节至所需温度之后，具有所需温度的背吹气体可以将设置在基座110上的基片的温度调节至理想的工艺温度，从而有利于工艺的进行，并提高产品的良率。
例如，当所述承载装置用于溅射沉积金属薄膜的工艺中时，背吹气体需要将基片冷却至室温。当等离子温度较高时，可以利用辅助冷却结构对背吹管道120内的背吹气体进行进一步的冷却，从而可以更加快速地将基片冷却至室温，避免基片因温度过高而变形，从而提高了利用产品的良率。
在本发明中，对辅助冷却结构的具体形式并没有特殊的限定，只要能够对背吹管道120内的背吹气体进行温度调节即可。
例如，作为本发明的一个方面，所述辅助冷却结构可以包括冷却管道121。冷却管道121中能够通入用于调节所述背吹管道中的背吹气体的温度的冷却液。
当包括本发明所提供的承载装置的设备运行时，可以向冷却管道121内通入冷却液，利用冷却液与背吹管道120中背吹气体之间的热交换调节背吹管道120中的背吹气体的温度。
例如，在溅射沉积工艺中，如果DC功率过高，可以向冷却管道121中通入温度低于背吹气体的冷却液，从而可以利用冷却液对背吹管道120内的背吹气体进行冷却，以将设置在基座110上的基片200的温度可靠地降至室温。
在本发明中，可以根据所需的基片温度设定通入冷却管道121中的冷却液的温度。通常，通入冷却管道121中的冷却液的温度可以在-20℃至﹢15℃之间。例如，当所述承载装置用于溅射沉积工艺中时，可以根据DC功率选择冷却液的温度。当DC功率较高时，可以选择温度相对较低的冷却液，当DC功率较低时，可以选择温度相对较高的冷却液。
在本发明中，冷却管道121的具体结构也并不做限定。例如，冷却管道121可以是直径大于背吹管道120的套管，将冷却管道121套设在背吹管道120的外部。在进行工艺(例如，物理气相沉积工艺)时，可以向冷却管道121中通入冷却液，使背吹管道120浸在冷却液中，从而可以利用冷却液对背吹管道120中的气体进行温度调节。
为了便于组装，可以将冷却管道固定设置在背吹管道120上。在装配所述承载装置之前，首先将冷却管道121固定在背吹管道120上，然后再将背吹管道120与基座110组装在一起。通常，背吹管道120的直径在4mm至8mm之间。优选地，所述背吹管道上设置所述冷却管道的部分的长度在300mm至500mm之间，从而可以对背吹管道120内的背吹气体进行全面地冷却。
容易理解的是，冷却管道上设置有进液口和出液口，可以利用进液管将冷却管道的进液口与提供冷却液的冷却液源连通，以将冷却月导入冷却管道中。可以利用出液管将冷却管道的出液口连通，以将冷却管道中的冷却液导出至冷却管道外部。
为了使得背吹管道120内的气体温度更加均匀，优选地，冷却管道121可以包括上行管道121a和下行管道121b，上行管道121a中的冷却液的流动方向与背吹管道120中背吹气体的流动方向相同，下行管道121b中的冷却液的流动方向与背吹管道120中背吹气体的流动方向相反。具体地，上行管道121a的进液口位于背吹管道120中背吹气体流动方向的上游一侧，而上行管道121a的出液口位于背吹管道120中的背吹气体流动方向的下游一侧；下行管道121b的进液口位于背吹管道120中的背吹气体流动方向的下游一侧，而下行管道121b的出液口位于背吹管道120中的背吹气体流动方向的上游一侧。
在图2和图3中，虚线箭头的方向表示的是背吹气体的流动方向，实线箭头的方向表示的是冷却液的方向。如图中所示，背吹气体的流动方向为从下向上，上行管道121a中的冷却液的流动方向也是从下向上，而下行管道121b中的冷却液的流动方向为从上向下。
冷却液刚进入冷却管道中时温度最低，随着冷却液的流动，冷却液与背吹气体之间发生热交换，背吹气体温度降低而冷却液温度升高。由此可知，在上行管道121a中，越往上冷却液温度越高，而在下行管道121b中，越往下温度越高，上行管道121a下方的冷却液可以抵消下行管道121b下方冷却液温度的升高，下行管道121b上方的冷却液可以抵消上行管道121a上方冷却液温度的升高，从而可以使得背吹管道中的背吹气体温度均匀，进而确保了背吹气体对基片的冷却效果。
作为本发明的一种实施方式，如图2所示，上行管道121a和下行管道121b均为环绕背吹管道120的螺旋管。
作为本发明的一种具体实施方式，形成上行管道121a的螺旋管以及形成下行管道121b的螺旋管的管径均在3mm至10mm之间。
可以直接利用卡箍将上行管道121a和下行管道121b固定在背吹管道120上。为了确保上行管道121a与下行管道121b与背吹管道120结合更加紧密，优选地，可以将一个完整的套管一分为二，然后将形成的两部分扣在设置有上行管道121a和下行管道121b的背吹管道上，利用卡箍将上述两个部分卡紧，再次拼成一个完整的套管，从而可以使得上行管道121a和下行管道121b与背吹管道紧密贴合。
上行管道121a和下行管道121b的管径相同，可以确保在分别通入冷却液之后上行管道121a和下行管道121b具有相同的冷却效果。
作为本发明的另一种实施方式，如图4所示，上行管道121a包括围成上行冷却液通道的第一内壁121a1、第一外壁121a2和两个第一连接壁121a3，第一内壁121a1与背吹管道120的外表面的一部分贴合，两个第一连接壁121a3分别在第一内壁121a1的周向方向的两侧将第一内壁121a1与第一外壁121a2相连，下行管道121b包括围成下行冷却液通道的第二内壁121b1、第二外壁121b2和两个第二连接壁121b3，第二内壁121b1与背吹管道120的外表面的一部分贴合，两个第二连接壁121b3分别在第二内壁121b1的周向方向的两侧将第二内壁121b1与第二外壁121b2相连。
在本发明中，可以通过卡箍将上行管道121a和下行管道121b固定在背吹管道120上。或者，可以利用粘结剂将上行管道121a和下行管道121b粘结在背吹管道120的外表面上。
如图3中所示，上行管道121a和下行管道121b分别位于背吹管道120的两侧。
为了提高对背吹气体的冷却效果，优选地，上行管道121a和下行管道121b共同环绕背吹管道120一周。
为了进一步提高对基片的冷却效果，优选地，如图2和图3中所示，还可以在基座110中设置冷却液通道110a。包括所述承载装置的设备在运行时，可以向冷却液通道110a中通入冷却液，以降低基座110的温度，并通过降低基座110的温度来降低设置在该基座110上的基片200的温度。
作为本发明的另一方面，如图5和图6所示，提供一种反应腔室，该反应腔室包括形成有工艺腔的腔室主体300和设置在所述工艺腔中的承载装置100，其中，该承载装置100为本发明所提供的上述承载装置。图5中所示的是包括图2中的承载装置的反应腔室，图6中所示的是包括图3中的承载装置的反应腔室。
本发明所提供的反应腔室既可以用于等离子刻蚀设备中，也可以用于物理气相沉积设备中。由于承载装置100中增加了对所述背吹管道中的背吹气体进行温度调节的辅助冷却结构，因此，在利用所述反应腔室进行工艺时，可以利用所述辅助冷却结构将所述背吹管道中的背吹气体调节至理想温度，进而能够利用具有理想温度的背吹气体将承载装置上的基片的温度调节至所需的工艺温度，以提高最终产品的良率。
当本发明所提供的反应腔室用作物理气相沉积腔室时，所述反应腔室还可以包括设置在承载装置100上方的溅射靶材400和设置在溅射靶材400上方的磁控管500。容易理解的是，所述反应腔室还可以包括与溅射靶材400相连的直流电源DC。可以根据直流电源DC的功率调节辅助冷却结构中冷却液的温度。当直流电源DC的功率较高时，可以使用温度较低的冷却液，当直流电源DC的功率较低时，可以使用温度较高的冷却液。
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)
1.一种承载装置，该承载装置包括用于承载基片的基座和用于对所述基片进行冷却的冷却机构，所述冷却机构包括背吹管道，所述基座上设置有沿所述基座的厚度方向贯穿所述基座的通孔，所述背吹管道的出气端设置在所述通孔中，其特征在于，所述冷却机构还包括调节所述背吹管道内的背吹气体的温度的辅助冷却结构。
2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述辅助冷却结构包括冷却管道，所述冷却管道中能够通入用于调节所述背吹管道中的背吹气体的温度的冷却液。
3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述冷却管道固定在所述背吹管道的一部分上，所述背吹管道的直径在4mm至8mm之间，所述背吹管道上设置所述冷却管道的部分的长度在300mm至500mm之间。
4.根据权利要求2或3所述的承载装置，其特征在于，所述冷却管道包括上行管道和下行管道，所述上行管道中的冷却液的流动方向与所述背吹管道中背吹气体的流动方向相同，所述下行管道中的冷却液的流动方向与所述背吹管道中背吹气体的流动方向相反。
5.根据权利要求4所述的承载装置，其特征在于，所述上行管道和所述下行管道均为环绕所述背吹管道的螺旋管。
6.根据权利要求5所述的承载管道，其特征在于，形成所述上行管道的螺旋管的管径以及形成所述下行管道的螺旋管的管径均在3mm至10mm之间。
7.根据权利要求2或3所述的承载装置，其特征在于，所述上行管道包括围成上行冷却液通道的第一内壁、第一外壁和两个第一连接壁，所述第一内壁与所述背吹管道的外表面的一部分贴合，两个所述第一连接壁分别在所述第一内壁的周向方向的两侧将所述第一内壁与所述第一外壁相连，所述下行管道包括围成下行冷却液通道的第二内壁、第二外壁和两个第二连接壁，所述第二内壁与所述背吹管道的外表面的一部分贴合，两个所述第二连接壁分别在所述第二内壁的周向方向的两侧将所述第二内壁与所述第二外壁相连。
8.根据权利要求7所述的承载装置，其特征在于，所述上行管道和所述下行管道共同环绕所述背吹管道一周。
9.一种反应腔室，该反应腔室包括形成有工艺腔的腔室主体和设置在所述工艺腔中的承载装置，其特征在于，所述承载装置为权利要求1至8中任意一项所述的承载装置。
10.根据权利要求9所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室包括设置在所述承载装置上方的溅射靶材和设置在所述溅射靶材上方的磁控管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 100176 No. 8 Wenchang Avenue, Beijing economic and Technological Development Zone Applicant after: Beijing North China microelectronics equipment Co Ltd Address before: 100176 Beijing economic and Technological Development Zone, Wenchang Road, No. 8, No. Applicant before: Beifang Microelectronic Base Equipment Proces Research Center Co., Ltd., Beijing |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |