CN105624633B - 一种加热腔室及物理气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加热腔室及物理气相沉积设备，该加热腔室内沿其轴向间隔设置至少两个承载件，所述承载件用于承载被加工工件；并且，在加热腔室内，对应每个所述承载件至少设置一个加热元件，该加热元件用于加热与之对应的承载件上的被加工工件。本发明提供的加热腔室，其可以对至少两个被加工工件同时加热，因而可以解决其产出率低的问题，从而可以提高半导体加工设备的产能，进而可以提高经济效益。

Description

一种加热腔室及物理气相沉积设备

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物理气相沉积设备。

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。上述PVD工艺采用PVD设备实现，PVD设备包括用于完成去气步骤的去气腔室，图1为现有的PVD设备的去气腔室的结构示意图，请参阅图1，去气腔室10包括被石英窗11由上至下划分的大气腔室12和真空腔室13。其中，在真空腔室13内设置有顶针14和顶针升降机构(图中未示出)，顶针14用于承载托盘16，托盘16上承载有多个基片，顶针升降机构用于驱动顶针14升降，以实现与机械手配合实现基片的装卸载；在真空腔室13的侧壁上设置有传片口15，机械手经由该传片口15向真空腔室13内的顶针14上装卸载托盘16。大气腔室12内设置有加热灯泡17，加热灯泡17向真空腔室13内辐射热量以加热位于真空腔室13内托盘16上基片，以去除基片表面上的水气和易挥发的杂质，从而完成PVD工艺中的去气步骤。

然而，采用上述去气腔室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，例如，标准工艺中去气步骤的时间一般为200s，而其他工艺步骤的工艺时间一般50s左右，并且，去气腔室10的每次仅能实现对一个托盘完成去气步骤，即去气腔室的产出率低，从而造成该PVD设备的产出率低，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物理气相沉积设备，其可以对至少两个被加工工件同时加热，因而可以解决其产出率低的问题，从而可以提高半导体加工设备的产能，进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，在所述加热腔室内沿其轴向间隔设置至少两个承载件，所述承载件用于承载被加工工件；并且在所述加热腔室内，对应每个所述承载件至少设置一个加热元件，所述加热元件用于加热与之对应的所述承载件上的被加工工件。

其中，所述承载件用于承载被加工工件的边缘区域；在每个所述承载件所在承载位的上方和/或下方设置有加热元件。

其中，在最上层承载件所在承载位的上方、每相邻两个承载件所在承载位之间以及最下层承载件所在承载位的下方均设置有所述加热元件。

其中，所述承载件的数量为偶数，由上至下依次每两个所述承载件所在的承载位之间设置有所述加热元件；或者在最上层承载件所在承载位的上方，最下层承载件所在承载位的下方，以及其他承载件由上至下依次每两个所述承载件所在的承载位之间均设置有所述加热元件。

其中，所述承载件的数量为奇数，由上至下依次每两个所述承载件所在承载位之间，以及在最下层承载件所在承载位的下方均设置有所述加热元件；或者由下至上依次每两个所述承载件所在承载位之间，以及在最上层承载件所在承载位的上方均设置有所述加热元件。

其中，至少两个所述承载件在轴向上间隔且均匀设置，并且，每个所述加热元件距离与之相邻的所述承载件上的被加工工件的竖直间距相等。

其中，所述承载件用于承载被加工工件的下表面；在每个所述承载件所在承载位的上方，和/或，在每个所述承载件内设置有所述加热元件。

其中，在所述加热腔室内设置有加热支撑装置，所述加热支撑装置包括支架，所述承载件和所述加热元件设置在所述支架的内周壁上；并且在所述加热支撑装置的侧壁上设置有可供被加工工件通过的传输口。

其中，所述支架上还设置有一对电极，所述一对电极中的正电极/负电极与各个所述加热元件的正极/负极对应连接；所述一对电极中的正电极和负电极与电源的正负极对应连接。

其中，所述支架采用导电材料制成，用以分别将所述一对电极的正电极和负电极对应地与各个加热元件的正极和负极电连接。

其中，所述加热支撑装置还包括绝缘体，所述绝缘体设置在所述支架的外侧壁上，用以使所述支架与所述加热腔室的腔室侧壁电绝缘。

其中，所述加热腔室还包括升降装置，所述升降装置用于驱动所述加热支撑装置升降。

其中，所述加热元件包括电阻加热丝。

本发明还提供一种物理气相沉积设备，包括加热腔室，所述加热腔室采用本发明上述的加热腔室。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的加热腔室，沿其轴向间隔设置有至少两个承载件，承载件用于承载被加工工件，并且，在加热腔室内，对应每个承载件至少设置一个加热元件，借助加热元件可以实现加热与之对应的承载件上的被加工工件，因此该加热腔室可以实现对至少两个承载件上的被加工工件同时加热，因而可以解决加热腔室(即，去气腔室)的产能低的问题，从而可以提高PVD设备的产能，进而可以提高经济效益。

本发明提供的物理气相沉积设备，其采用本发明提供的加热腔室，因而可以提高其产能，从而可以提高经济效益。

附图说明

图1为现有的PVD设备的去气腔室的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的加热腔室的结构示意图；

图3为图2中加热元件的结构示意图；以及

图4为图2所示的加热腔室的工作示意图；

图5为本发明第二实施例提供的加热腔室中承载件为大于2的偶数个时的第一种结构示意图；

图6为本发明第二实施例提供的加热腔室中承载件为大于2的偶数个时的第二种的结构示意图；

图7为本发明第二实施例提供的加热腔室中承载件为2个时的结构示意图；

图8为本发明第二实施例提供的加热腔室中承载件为奇数个时的第一结构示意图；

图9为本发明第二实施例提供的加热腔室中承载件为奇数个时的第二结构示意图；以及

图10为本发明第三实施例提供的加热腔室的结构示意图。

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实施例提供的加热腔室及物理气相沉积设备进行详细描述。

图2为本发明第一实施例提供的加热腔室的结构示意图。图3为图2中加热元件的结构示意图。请一并参阅图2和图3，本实施例提供的加热腔室20，在加热腔室20内沿轴向向上间隔设置有至少两个承载件21，承载件21用于承载被加工工件S，其中，被加工工件S可以为基片，也可以为承载有多个基片的托盘。并且，在加热腔室20内，对应每个承载件21至少设置一个加热元件22，通过加热元件22可以加热与之对应的承载件21上的被加工工件S，因此加热腔室可以实现对至少两个承载件21上的被加工工件S同时加热，因而可以解决加热腔室(即，去气腔室)的产能低的问题，从而可以提高PVD设备的产能，进而可以提高经济效益。

具体地，在本实施例中，承载件21用于承载被加工工件的边缘区域，如图2所示，承载件21为凸缘，被加工工件S的边缘区域叠置在凸缘上，在这种情况下，由于被加工工件S的上表面和下表面均为未被覆盖，因此，可以在每个承载件21所在承载位的上方和/或下方设置有加热元件22。

下面详细描述本实施例中如何实现对应每个承载件21至少设置一个加热元件22。

具体地，在本实施例中，如图2所示，最上层承载件21所在承载位的上方、最下层承载件21所在承载位的下方以及每相邻两个承载件21所在承载位之间均设置有加热元件22。在上述情况下，可以实现每个承载件21所在承载位的上方和下方均设置有加热元件22，因而可以通过对位于每个承载件21的被加工工件S的上表面和下表面加热来加热被加工工件S，从而可以提高被加工工件S的加热速率。

优选地，至少两个承载件21在轴向上间隔且均匀设置，并且，各个加热元件22距离与之相邻的承载件21上的被加工工件S的竖直间距H相等，这可以在各个加热元件22的输出功率等参数相同的条件下时实现对多个被加工工件S均匀加热，因而可以实现多个被加工工件S同时达到工艺所需的温度，从而可以进一步提高产能。

在本实施例中，加热元件22包括电阻加热丝221，电阻加热丝221为在水平面上由内向外依次缠绕平面电阻加热丝，如图3所示。为便于固定该电阻加热丝221，加热元件22还包括安装壳，安装壳包括上盖222和安装体223，安装体223上表面上形成有凹部，上盖222叠置在安装体223上可形成容纳电阻加热丝221的空间，并且，借助螺栓将上盖222和安装体223固定，可以实现将电阻加热丝221固定在二者形成的空间内，由上可知，加热元件22为铠装电阻加热丝。可以理解，借助铠装电阻加热丝，不仅可以便于安装和更换，而且还可以对电阻加热丝防尘；并且，上盖222和安装体223应采用导热性好且耐高温的材料制成，优选地，上盖222和安装体223采用铝板材制成。

在本实施例中，在加热腔室20内设置有加热支撑装置23，加热支撑装置23包括支架231，承载件21和加热元件22设置在支架231的内周壁上；并且，在加热支撑装置23的侧壁上设置有可供被加工工件通过的传输口(图中未示出)，以实现机械手等传输装置经由该传输口向承载件21上装卸载被加工工件S。

在支架231上还设置有一对电极2311，一对电极中的正电极/负电极与各个加热元件22的正极/负极对应连接，并且一对电极2311中的正电极和负电极与电源的正负极对应连接，电源通过该一对电极2311向各个加热元件22提供电压，这可以实现各个加热元件22相互并联，因而可以使得各个加热元件22两端的电压相等，从而在各个加热元件22相同的前提下可以对各个被加工工件S均匀加热，并且仅需要一个电源即可。

优选地，支架231采用导电材料制成，该导电材料包括铝，支架231用于分别将一对电极2311的正电极和负电极对应地与各个加热元件的正极和负极电连接，这相对单独设置电连接件连接电极2311和加热元件22而言结构简单。容易理解，支架231包括至少两个相互独立的子支架，一对电极2311中的正电极/负电极分别设置在不同的子支架上，以避免电源的正负极短接。

进一步优选地，加热支撑装置23还包括绝缘体232，绝缘体232设置在支架231的外侧壁上，用以使支架231与加热腔室20的腔室侧壁电绝缘。

在本实施例中，加热腔室20还包括升降装置24，升降装置24用于驱动加热支撑装置23升降，以使各个承载件21分别位于装卸位置，以实现对各个装载件21装卸载被加工工件S。具体地，升降装置24可以为气缸，也可以为电机和丝杠等构成的直线升降装置。可以理解，借助升降装置24驱动整个加热支撑装置23升降，这可以保证加热元件22与被加工工件S之间的相对位置始终不变，从而可以保证加热的均匀性。

升降装置24设置在加热腔室20的底壁下方，加热支撑装置23的下端贯穿加热腔室20的底壁，且通过直线密封装置与升降装置24连接，直线密封装置包括直线波纹管。

另外，在加热腔室20的外壁或腔室壁内上设置有水冷管道，用以避免腔室壁的温度过高。

下面结合图4详细描述本发明实施例提供的加热腔室的工作过程。具体地，其工作流程如下：

步骤S1，升降装置24驱动加热支撑装置23下降，以使位于最上层承载件21对应位于加热腔室20的门阀25位置处。

步骤S2，开启门阀25，承载有被加工工件S的机械手经由该门阀25位于最上层承载件21的上方，接着机械手下降，以使被加工工件位于最上层承载件21上，空载的机械手经由该门阀25撤回，从而完成最上层承载件21装载被加工工件的过程。

步骤S3，关闭门阀25，升降装置24驱动加热支撑装置23上升，以使位于由上至下第二层承载件21对应与门阀25位置处。

步骤S4，开启门阀25，承载有被加工工件S的机械手经由该门阀25位于第二层承载件21的上方，接着机械手下降，以使被加工工件位于第二层承载件21上，空载的机械手经由该门阀25撤回，从而完成第二层承载件21装载被加工工件的过程。

步骤S5，重复执行步骤S3-S4，直至完成最后一层承载件21装载被加工工件的过程。

步骤S6，对位于各个承载件21上的被加工工件加热预设时间。

步骤S7，升降装置24驱动加热支撑装置23下降，以使位于最上层承载件21对应位于加热腔室20的门阀25位置处。

步骤S8，开启门阀25，空载的机械手经由该门阀25位于最上层承载件31的下方，接着机械手上升，以使位于最上层承载件21上的被加工工件传递至机械手上，承载有被加工工件的机械手经由该门阀26撤回，从而完成最上层承载件21卸载被加工工件的过程。

步骤S9，关闭门阀25，升降装置24驱动加热支撑装置23上升，以使位于由上至下第二层承载件21对应与门阀25位置处。

步骤S10，开启门阀25，空载的机械手经由该门阀25位于第二层承载件21的下方，接着机械手上升，以使位于第二层承载件21上的被加工工件传递至机械手上，承载有被加工工件的机械手经由该门阀25撤回，从而完成第二层承载件21卸载被加工工件的过程。

步骤S11，重复执行步骤S9-S10，直至完成最后一层承载件21卸载被加工工件的过程。

由上可知，在上述工作过程中，由上至下依次向承载件装载被加工工件时，在加热工艺完成后，再由上至下依次卸载承载件上的被加工工件，即采用了“先进先出”的原则，这可以提高位于多个承载件上的被加工工件加热的均匀性。

需要说明的是，在本实施例中，由于去气步骤的工艺时间为铜阻挡层步骤和铜籽晶层步骤的工艺时间的4倍，因此，在本实施例中，承载件21的设置数量为4个。在实际应用中，可以根据实际情况，具体设置承载件21的数量，例如，承载件21的设置数量为2个，在这种情况下，在最上层承载件21所在承载位的上方、相邻两个承载件21所在承载位之间以及最下层承载件21所在承载位的下方设置加热元件22。

还需要说明的是，在本实施例中，加热元件22包括电阻加热丝。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，加热元件22也可以为其他加热装置，例如，电磁感应加热器。

图5为本发明第二实施例提供的加热腔室的结构示意图。请参阅图5，本实施例提供的加热腔室与上述第一实施例相类似，同样包括承载件21、加热元件22、加热支撑装置23和升降装置24，由于承载件21、加热元件22、加热支撑装置23和升降装置24的结构位置关系和功能在上述实施例中已有了详细的描述，在此不再赘述。

下面仅对本实施例和上述实施例的不同点进行描述。具体地，在本实施例中，为实现每个承载件21对应设置至少一个加热元件22，采用如下方式：承载件21的数量为大于2的偶数，由上至下依次每两个承载件21所在的承载位之间设置有加热元件22，如图5所示，承载件21的数量为四个，加热元件22的数量为2个。在这种情况下，每个承载件21所在承载位的上方或下方设置有加热元件22，也就是说，每个承载件21对应设置一个加热元件22，因此，不仅可以实现对多个承载件21上被加工工件同时加热；而且还由于每个承载件21都对应一个加热元件22，因而可以保证加热的均匀性。

由上可知，本实施例与上述第一实施例的不同点在于：本实施例中每个承载件21对应设置一个加热元件22，而上述第一实施例中每个承载件21对应设置两个加热元件22。

需要说明的是，在实际应用中，为实现每个承载件21对应设置一个加热元件22，还可以在承载件21的数量为大于2的偶数的情况下，在最上层承载件21所在承载位的上方，最下层承载件21所在承载位的下方，以及其他承载件由上至下依次每两个承载件21所在的承载位之间均设置有加热元件22，如图6所示，承载件21的数量为四个，加热元件22的数量为3个。当然，若承载件的数量为2个，在相邻两个承载件21所在承载位之间设置有加热元件22，如图7所示。

也可以在承载件21的数量为奇数的情况下，由上至下依次每两个承载件21所在承载位之间，以及在最下层承载件21所在承载位的下方均设置有加热元件22，如图8所示。或者，由下至上依次每两个承载件21所在承载位之间，以及在最上层承载件21所在承载位的上方均设置有加热元件22，如图9所示。

还需要说明的是，在实际应用中，多个承载件21中还可以部分承载件21对应设置一个加热元件22，另一部分对应设置两个加热元件22，在这种情况下，同样可以提高加热腔室的产能。例如，承载件21的数量为2个，则可以在最上层承载件21所在承载位的上方和相邻两个承载件21所在承载位之间设置加热元件21，因此，上层承载件21对应设置两个加热元件21，而下层承载件21对应设置一个加热元件22。

图10为本发明第三实施例提供的加热腔室的结构示意图。请参阅图10，本实施例提供的加热腔室与上述第一、二实施例相类似，同样包括承载件21、加热元件22、加热支撑装置23和升降装置24，由于承载件21、加热元件22、加热支撑装置23和升降装置24的结构位置关系和功能在上述实施例中已有了详细的描述，在此不再赘述。

下面仅对本实施例和上述实施例的不同点进行描述。具体地，在本实施例中，承载件21用于承载被加工工件S的下表面，如图10所示，承载件21为板状结构，在这种情况下，为实现每个承载件21对应设置至少一个加热元件22，如图10所示，在每个承载件21的上方设置有加热元件22，每个加热元件22用于加热位于其下方的承载件21，因而可以实现同时多个被加工工件加热。

优选地，每个加热元件22距离与之对应的承载件21的竖直间距H相等，这可以在各个加热元件22的输出功率等参数相同的条件下提高多个被加工工件S的加热均匀性，因而可以实现多个被加工工件S同时达到工艺所需的温度，从而可以进一步提高产能。

进一步优选地，各个承载件21在竖直方向上间隔且均匀设置，这可以更进一步提高多个被加工工件S的加热均匀性。

本实施例提供的去气腔室的工作过程和上述第一实施例的工作过程相类似，二者不同点仅在于：机械手对承载件21装载被加工工件的步骤不同，在本实施例中，可以采用吸盘式机械手，由于吸盘式机械手装卸载基片的过程现有技术相同，在此不再赘述。

需要说明的是，在实际应用中，可以在每个承载件21的上方和在每个承载件21内设置加热元件22，在这种情况下，每个承载件21对应设置两个加热元件22。也可以在每个承载件21内设置加热元件22，这种情况下，每个承载件21对应设置一个加热元件22，若加热元件22为第一实施例中所示的铠装电阻加热丝，此时，可以将加热元件22作为承载件21，将被加工工件直接放置在其上，采用热传导的方式加热，这可以提高加热效率。

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 (12)

1.一种加热腔室，其特征在于，在所述加热腔室内沿其轴向间隔设置至少两个承载件，所述承载件用于承载被加工工件；并且

在所述加热腔室内，对应每个所述承载件至少设置一个加热元件，所述加热元件用于加热与之对应的所述承载件上的被加工工件，在所述加热腔室内设置有加热支撑装置，所述加热支撑装置包括支架，所述承载件和所述加热元件设置在所述支架的内周壁上；并且在所述加热支撑装置的侧壁上设置有可供被加工工件通过的传输口；

所述支架上还设置有一对电极，所述一对电极中的正电极/负电极与各个所述加热元件的正极/负极对应连接；所述一对电极中的正电极和负电极与电源的正负极对应连接。

2.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述承载件用于承载被加工工件的边缘区域；

在每个所述承载件所在承载位的上方和/或下方设置有加热元件。

3.根据权利要求2所述的加热腔室，其特征在于，在最上层承载件所在承载位的上方、每相邻两个承载件所在承载位之间以及最下层承载件所在承载位的下方均设置有所述加热元件。

4.根据权利要求2所述的加热腔室，其特征在于，所述承载件的数量为偶数，由上至下依次每两个所述承载件所在的承载位之间设置有所述加热元件；或者

在最上层承载件所在承载位的上方，最下层承载件所在承载位的下方，以及其他承载件由上至下依次每两个所述承载件所在的承载位之间均设置有所述加热元件。

5.根据权利要求2所述的加热腔室，其特征在于，所述承载件的数量为奇数，由上至下依次每两个所述承载件所在承载位之间，以及在最下层承载件所在承载位的下方均设置有所述加热元件；或者

由下至上依次每两个所述承载件所在承载位之间，以及在最上层承载件所在承载位的上方均设置有所述加热元件。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的加热腔室，其特征在于，至少两个所述承载件在轴向上间隔且均匀设置，并且，每个所述加热元件距离与之相邻的所述承载件上的被加工工件的竖直间距相等。

7.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述承载件用于承载被加工工件的下表面；

在每个所述承载件所在承载位的上方，和/或，在每个所述承载件内设置有所述加热元件。

8.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述支架采用导电材料制成，用以分别将所述一对电极的正电极和负电极对应地与各个加热元件的正极和负极电连接。

9.根据权利要求8所述的加热腔室，其特征在于，所述加热支撑装置还包括绝缘体，所述绝缘体设置在所述支架的外侧壁上，用以使所述支架与所述加热腔室的腔室侧壁电绝缘。

10.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述加热腔室还包括升降装置，所述升降装置用于驱动所述加热支撑装置升降。

11.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述加热元件包括电阻加热丝。

12.一种物理气相沉积设备，包括加热腔室，其特征在于，所述加热腔室采用权利要求1-11任意一项所述的加热腔室。