CN106555159B

CN106555159B - 一种基片的加热设备及加热方法

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Publication number: CN106555159B
Application number: CN201510628018.0A
Authority: CN
Inventors: 李强; 张伟; 白志民
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2018-12-11
Anticipated expiration: 2035-09-28
Also published as: CN106555159A

Abstract

本发明提供了一种基片的加热设备及加热方法，涉及半导体技术领域，能够缩短基片的平均加热去气时长。其中基片的加热设备包括：加热腔室及位于加热腔室内的第一承载装置、第一加热装置、第二承载装置和第二加热装置；第一承载装置承载未加热的基片，第一加热装置对未加热的基片进行预加热，第二承载装置承载预加热后的基片，第二加热装置对预加热后的基片进行再加热；或者第二承载装置承载未加热的基片，第二加热装置对未加热的基片进行预加热，第一承载装置承载预加热后的基片，第一加热装置对预加热后的基片进行再加热；当前基片的预加热与上一基片的再加热同时进行，当前基片的再加热与下一基片的预加热同时进行。

Description

一种基片的加热设备及加热方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基片的加热设备及加热方法。

背景技术

物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)技术或溅射(Sputtering)沉积技术是半导体工业中最广为使用的一类薄膜制造技术，泛指采用物理方法制备薄膜的薄膜制备工艺。在PVD工艺中，基片大致需要经过两个工艺过程：去气(Degas)、氮化钛(TiN)沉积，其中去气工艺主要是利用去气设备将基片加热至350℃左右，以去除基片上的水蒸气及其它易挥发杂质。

现有的去气设备的主要包括：腔室、位于腔室上方的加热灯泡和位于腔室下方的加热器。去气过程中，首先使加热器保持某恒定温度，将基片传入腔室内并置于加热器上，然后向腔室内充气，使腔室内压保持一定压力，同时利用加热灯泡对基片进行加热，使基片迅速升温，达到设定温度，保持设定工艺时间，停止充气，腔室抽真空，传出基片，完成一次工艺流程。

现有的去气工艺流程中，基片进入腔室前的温度为室温，在腔室内首先利用加热灯泡快速升温，同时利用加热器来调整温度均匀性，为了使基片去气充分，这一过程所需的工艺时间较长，进而造成去气设备的产能较低。

发明内容

为克服上述现有技术中的缺陷，本发明所要解决的技术问题为：提供一种基片的加热设备及加热方法，以缩短对基片进行去气时的平均加热时长，提高产能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种基片的加热设备，包括：加热腔室及位于所述加热腔室内的第一承载装置、第一加热装置、第二承载装置和第二加热装置，其中所述第一承载装置与所述第一加热装置对应设置，所述第二承载装置与所述第二加热装置对应设置；

所述第一承载装置用于承载未加热的基片，所述第一加热装置用于对所述未加热的基片进行预加热，所述第二承载装置用于承载预加热后的基片，所述第二加热装置用于对所述预加热后的基片进行再加热；或者，所述第二承载装置用于承载未加热的基片，所述第二加热装置用于对所述未加热的基片进行预加热，所述第一承载装置用于承载预加热后的基片，所述第一加热装置用于对所述预加热后的基片进行再加热；

其中，当前基片的预加热与上一基片的再加热同时进行，当前基片的再加热与下一基片的预加热同时进行。

可选的，所述加热腔室中从上至下依次为：所述第一加热装置、所述第一承载装置、所述第二承载装置和所述第二加热装置。

可选的，所述第一承载装置包括设置于所述加热腔室内壁上的至少3个凸起，各所述凸起位于同一平面上以承托基片。

可选的，各所述凸起沿所述加热腔室内壁等间隔分布。

可选的，所述第一加热装置包括多个加热灯泡。

可选的，所述第二承载装置包括一平台，以承托基片。

可选的，所述第二加热装置包括电阻丝。

本发明的第二方面提供了一种基片的加热方法，包括：

对未加热的基片进行预加热；

对预加热后的基片进行再加热；

可选的，所述当前基片的预加热与上一基片的再加热同时进行，当前基片的再加热与下一基片的预加热同时进行具体包括：

将未加热的当前基片与预加热后的上一基片置于加热设备中；

对所述未加热的当前基片进行预加热，同时对所述预加热后的上一基片进行再加热；

将预加热后的当前基片与再加热后的上一基片从所述加热设备中取出，所述再加热后的上一基片完成整个加热过程；

将所述预加热后的当前基片与未加热的下一基片置于所述加热设备中；对所述预加热后的当前基片进行再加热，同时对所述未加热的下一基片进行预加热；

将再加热后的当前基片与预加热后的下一基片从所述加热设备中取出，所述再加热后的当前基片完成整个加热过程，所述预加热后的下一基片等待被置于所述加热设备中进行再加热。

可选的，所述对未加热的基片进行预加热具体包括：对所述未加热的基片进行第一预设时间的加热，使基片的温度升高至设定温度；

所述对预加热后的基片进行再加热具体包括：对所述预加热后的基片进行第二预设时间的加热，使基片上各处的温度均匀。

可选的，所述第一预设时间等于所述第二预设时间。

本发明所提供的基片的加热设备及加热方法中，加热设备包括第一加热装置、第二加热装置、第一承载装置和第二承载装置，其中第一加热装置与第一承载装置对应设置，用于对未加热基片进行预加热，以使基片的温度迅速升高，第二加热装置与第二承载装置对应设置，用于对预加热后的基片进行再加热，以使基片的温度均匀。在多片基片的连续加热过程中，使当前基片的预加热与上一基片的再加热同时进行，当前基片的再加热与下一基片的预加热同时进行，相当于节约了单位基片的再加热时间，从而相对于单独完成一片基片的整个加热过程后，再进行下一片基片的加热的方式，本发明所提供的设备及方法缩短了基片的平均加热时长，提高了产能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所提供的基片的加热设备的截面图；

图2为本发明实施例所提供的基片的加热设备的平面图；

图3a～图3e本发明实施例所提供的基片的加热方法的各步骤图；

图4为本发明实施例所提供的基片的加热方法的具体工艺流程图；

附图标记说明：1-第一加热装置；2-第一承载装置；3-第二加热装置；4-第二承载装置；5-上盖板；6-石英窗；7-支撑体；AA-加热腔室；W-基片。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种基片的加热设备，如图1和图2所示，该加热设备包括：加热腔室AA及位于加热腔室AA内的第一承载装置2、第一加热装置1、第二承载装置4和第二加热装置3，其中第一承载装置2与第一加热装置1对应设置，第二承载装置4与第二加热装置3对应设置。

第一承载装置2用于承载未加热的基片W，第一加热装置1用于对未加热的基片W进行预加热，第二承载装置4用于承载预加热后的基片W，第二加热装置3用于对预加热后的基片W进行再加热；或者，第二承载装置4用于承载未加热的基片W，第二加热装置3用于对未加热的基片W进行预加热，第一承载装置2用于承载预加热后的基片W，第一加热装置1用于对预加热后的基片W进行再加热；其中，当前基片的预加热与上一基片的再加热同时进行，当前基片的再加热与下一基片的预加热同时进行。

对基片的加热需先后经过两个过程：预加热和再加热，预加热过程中将基片迅速升温至设定温度，再加热过程中将基片保持设定温度一定的时间，提高基片各处温度的均匀性。本实施例所提供的基片的加热设备中，通过设置第一加热装置1和第一承载装置2、第二加热装置3和第二承载装置4，使得一片基片的预加热能够与另一片基片的再加热同时进行，从而极大地节省了基片的加热时间，提高了加热腔室的产能。

本实施例中，可以利用第一加热装置1和第一承载装置2进行基片的预加热，利用第二加热装置3和第二承载装置4进行基片的再加热，或者可以利用第二加热装置3和第二承载装置4进行基片的预加热，利用第一加热装置1和第一承载装置2进行基片的再加热。

具体的，加热腔室AA中从上至下可依次为：第一加热装置1、第一承载装置2、第二承载装置4和第二加热装置3，从而第一加热装置1从上方对第一承载装置2上的基片进行加热，第二加热装置3从下方对第二承载装置4上的基片进行加热，从而保证较高的加热效率。

如图1和图2所示，为了便于将基片放置于第一承载装置2上，第一承载装置2的结构优选的可为：包括设置于加热腔室AA内壁上的至少3个凸起，各凸起位于同一平面上，以承托基片。凸起优选的沿加热腔室AA内壁等间隔均匀分布，以使基片W的各受力点受力均等，提高承托基片W的稳定性。

本实施例中，第一加热装置1可包括多个加热灯泡，加热灯泡能够使基片W迅速升温，缩短加热时间。较为优选的是，加热灯泡可均匀分布于第一承载装置2所承载的基片W的上方，以使整个基片W能够迅速升温，避免基片W局部温度过高或过低，初步保证基片W上温度的均匀性。

需要说明的是，在第一加热装置1包括多个加热灯泡时，第一加热装置1与第一承载装置2之间可由一石英窗6隔开，加热灯泡的热量能够通过石英窗6较均匀的传递至第一承载装置2上的基片W上。

第二承载装置4优选的可包括一平台，以承托基片W。

第二加热装置3优选的可包括电阻丝，电阻丝能够分散对基片W的各个区域进行持续加热，有利于进一步提高基片W上温度的均匀性。较为优选的是，电阻丝可均匀的分布在第二承载装置4的下方，使承载于第二承载装置4上的基片的各个区域均有电阻丝对应加热。

需要说明的是，可设置一支撑体7用以支撑平台形式的第二承载装置4，且电阻丝形式的第二加热装置3可集成于支撑体7中。

本实施例还提供了一种基片的加热方法，该方法包括：对未加热的基片进行预加热；对预加热后的基片进行再加热；其中，当前基片的预加热与上一基片的再加热同时进行，当前基片的再加热与下一基片的预加热同时进行。在多片基片的连续加热过程中，前述方法使一片基片的预加热与另一片基片的再加热同时进行，相当于节约了单位基片的再加热时间，从而相对于单独完成一片基片的整个加热过程后，再进行下一片基片的加热的方式，本实施例所提供的加热方法缩短了基片的平均加热时长，提高了产能。

其中，上述当前基片的预加热与上一基片的再加热同时进行，当前基片的再加热与下一基片的预加热同时进行的过程可具体包括以下步骤：将未加热的当前基片与预加热后的上一基片置于加热设备中；对未加热的当前基片进行预加热，同时对预加热后的上一基片进行再加热；将预加热后的当前基片与再加热后的上一基片从加热设备中取出，再加热后的上一基片完成整个加热过程；将预加热后的当前基片与未加热的下一基片置于加热设备中；对预加热后的当前基片进行再加热，同时对未加热的下一基片进行预加热；将再加热后的当前基片与预加热后的下一基片从加热设备中取出，所述再加热后的当前基片完成整个加热过程，所述预加热后的下一基片等待被置于加热设备中进行再加热。

对未加热的基片进行预加热和再加热的过程具体可为：对未加热的基片进行第一预设时间的加热，使基片的温度升高至设定温度；对预加热后的基片进行第二预设时间的加热，使基片上各处的温度均匀。在再加热过程中基片的整体温度仍然为设定温度或者仅略高于设定温度；第一预设时间与第二预设时间可相等也可不等，在第一预设时间与第二预设时间相等时，预加热与再加热能够完全同步进行，进而最大限度的节省工艺时间，在第一预设时间小于第二预设时间时，再加热过程能够充分提高基片的温度均匀性，去气效果较好。

下面结合附图本实施例所提供的基片的加热方法进行具体介绍。需要说明的是，下面所介绍的具体加热步骤以第一加热装置1和第一承载装置2用于基片的预加热，第二加热装置3和第二承载装置4用于基片的再加热为例进行说明；当然，在本发明的其它实施例中第一加热装置1和第一承载装置2的用途与第二加热装置3和第二承载装置4的用途是能够互换的。

如图3a所示，在连续的第1～第n+1基片的加热过程的初始，首先将第1基片W1传输至加热设备的第一承载装置2上，利用第一加热装置1对第1基片W1进行预加热；

如图3b所示，经过第一预设时间后，第1基片W1的温度升至设定温度，预加热完成，将第1基片W1传出；

如图3c所示，将第1基片W1传输至第二承载装置4上，并将第2基片W2传输至第一承载装置2上，利用第二加热装置3对第1基片W1进行再加热，利用第一加热装置1对第2基片W2进行预加热；

如图3d所示，经过第二预设时间后，第1基片W1的温度均匀性提高至所要求的温度均匀性，升至设定温度，再加热完成，将第1基片W1传出，经过第一预设时间后，第2基片W2的温度升至设定温度，预加热完成，将第2基片W2传出；

如图3e所示，将第2基片W2传输至第二承载装置4上，并将第3基片W3传输至第一承载装置2上，利用第二加热装置3对第2基片W2进行再加热，利用第一加热装置1对第3基片W3进行预加热；

如此循环，在第n基片的再加热和第n+1基片的预加热完成，将二者传出后，再将第n+1基片传输至第二承载装置4上，利用第二加热装置3对其进行再加热，完成后将第n+1基片传出加热设备，完成第1～第n+1基片的加热。

下面结合实际的工艺流程对本实施例中的基片的加热方法所能够带来的有益效果进行具体说明。

现有技术中基片去气的工艺流程为：

开始：机械手将基片从传输腔传入去气腔室(加热腔室)，并放置于升降机构上，此时升降机构位于Up位(上升位)；

充气：升降机构将基片放置于加热器上，之后升降机构下降至Down位(下降位)，充气阀打开，向腔室通入工艺气体(如：缓慢通入N₂气)；

升温：灯泡和加热器共同加热基片，使基片快速升温；

去气：加热器控制基片的温度均匀性，此时将灯泡功率调低(灯泡功率较大时，基片的温度均匀性难以保证)；

上升：升降机构由Down位上升至Up位；

结束：抽气阀打开，对腔室抽真空，使腔室达到高真空状态，同时机械手将基片取出，传输至传输腔，等待下一步工艺。

在上述过程中，各步骤的工艺时间可如下表1所示(其中，对应灯泡内圈功率和灯泡外圈功率的数字表示其占灯泡总功率的百分数，如：60表示灯泡此时的内圈功率占灯泡总功率的60％)：

表1

步骤序号	1	2	3	4	5	6
							步骤名称	开始	充气	升温	去气	上升	结束
时间(s)	2	4	37	10	2	8
							灯泡内圈功率(％)	10	60	60	18	20	10
抽气阀	关	关	关	关	关	抽气
							充气阀	关	充气	关	关	关	关
灯泡外圈功率(％)	20	70	70	4	50	20
							升降机构	Up	Down	Down	Down	Up	Up
压力(Torr)	0	7	7	7	0	0

由上表1能够得到，现有技术中完成一片基片的整个去气过程所需的时间t＝(2+4+37+10+2+8)s＝63s。

采用本实施例所提供的加热方法对基片去气的工艺流程为(以完成25片基片加热为一个周期)：

开始：机械手将未预热的第1基片从传输腔传入去气腔室(加热腔室)，并放置于升降机构上，此时升降机构位于Up位；

充气1：升降机构将未预热的第1基片放置于第一加热装置2上，之后升降机构下降至Down位，充气阀打开，向腔室通入工艺气体(如：缓慢通入N₂气)；

升温1：第一加热装置1对第1基片进行预加热，使基片快速升温；

抽气1：抽气阀打开，对腔室抽真空，使腔室达到高真空；

转移1：将预热完的第1基片取出，再经由传输腔传入腔室，并放置于第二承载装置4上；

转移2：将未预热的第2基片由传输腔传入腔室，放置于第一承载装置2上；

充气2：向腔室通入工艺气体；

升温2：第一加热装置1对第2基片预加热；

去气：第二加热装置3控制第1基片的温度均匀性，对第1基片再加热，将灯泡功率略微调低；

上升：升降机构由Down位上升至Up位；

抽气2：抽气阀打开，对腔室抽真空，使腔室达到高真空；

转移3：将完成再加热的第1基片由腔室传出，等待下一步工艺。

之后循环执行转移1～转移3的步骤，完成25片基片的加热。

在上述过程中，各步骤的工艺时间可如下表2(其中第一加热装置1包括多个灯泡)和图4所示：

表2

由上表2及图4能够得到，本实施例所提供的加热方法完成25片基片的加热去气所需的时间T＝(2+4+22+8)+(196-4)/8×(4+2+4+22+10+2+6+2)+(4+2+22+10+2+8)＝1332s，而现有技术中完成25片基片的加热去气所需的时间为25t＝25×63s＝1575s，可见采用本实施例所提供的加热方法完成25片基片的加热去气能够节省(1575-1332s)s＝243s，平均每片基片的加热去气节省了9.72s，提高了去气腔室的产能。

需要说明的是，本实施例仅以上述的工艺流程及各步骤所用时间为例对所能够产生的有益效果进行说明，本领技术人员在本发明的核心发明思想的基础上，应该能够对上述工艺流程及各步骤所用时间进行适当的变化，以节省基片的加热去气时间。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基片的加热设备，其特征在于，包括：加热腔室及位于所述加热腔室内的第一承载装置、第一加热装置、第二承载装置和第二加热装置，其中所述第一承载装置与所述第一加热装置对应设置，所述第二承载装置与所述第二加热装置对应设置；

2.根据权利要求1所述的基片的加热设备，其特征在于，所述加热腔室中从上至下依次为：所述第一加热装置、所述第一承载装置、所述第二承载装置和所述第二加热装置。

3.根据权利要求2所述的基片的加热设备，其特征在于，所述第一承载装置包括设置于所述加热腔室内壁上的至少3个凸起，各所述凸起位于同一平面上以承托基片。

4.根据权利要求3所述的基片的加热设备，其特征在于，各所述凸起沿所述加热腔室内壁等间隔分布。

5.根据权利要求3所述的基片的加热设备，其特征在于，所述第一加热装置包括多个加热灯泡。

6.根据权利要求2所述的基片的加热设备，其特征在于，所述第二承载装置包括一平台，以承托基片。

7.根据权利要求6所述的基片的加热设备，其特征在于，所述第二加热装置包括电阻丝。

8.一种基片的加热方法，其特征在于，应用于如权利要求1～7任一项所述的基片的加热设备，包括：

对未加热的基片进行预加热；

对预加热后的基片进行再加热；

9.根据权利要求8所述的基片的加热方法，其特征在于，所述当前基片的预加热与上一基片的再加热同时进行，当前基片的再加热与下一基片的预加热同时进行具体包括：

将所述预加热后的当前基片与未加热的下一基片置于所述加热设备中；

对所述预加热后的当前基片进行再加热，同时对所述未加热的下一基片进行预加热；

10.根据权利要求8或9所述的基片的加热方法，其特征在于，所述对未加热的基片进行预加热具体包括：对所述未加热的基片进行第一预设时间的加热，使基片的温度升高至设定温度；

11.根据权利要求10所述的基片的加热方法，其特征在于，所述第一预设时间等于所述第二预设时间。