CN106609355B - 反应腔室及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种反应腔室及半导体加工设备，包括基座、卡环、检测装置和调节装置，其中，基座用于承载晶片，且基座在进行工艺时被施加有负偏压；卡环压住晶片上表面的边缘区域；检测装置用于实时检测基座的负偏压，并将其发送至调节装置；调节装置用于根据基座的负偏压对卡环的电压进行调节，以使基座的负偏压与卡环的电压一致。本发明提供的反应腔室，其可以保证基座的负偏压与卡环的电压一致，从而可以避免出现卡环和基座之间打火的问题。

Description

反应腔室及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种反应腔室及半导体加工设备。
背景技术
在集成电路的制造过程中，通常采用物理气相沉积(Physical VaporDeposition，以下简称PVD)技术进行在晶片上沉积金属层等材料的沉积工艺。随着硅通孔(Through Silicon Via，以下简称TSV)技术的广泛应用，PVD技术主要被应用于在硅通孔内沉积阻挡层和铜籽晶层。
目前，PVD技术主要采用静电卡盘固定晶片，但是在进行硅通孔的沉积工艺时，由于沉积在硅通孔中的薄膜厚度较大，薄膜应力较大，导致静电卡盘无法对晶片进行静电吸附；而且，在后续的后道封装工艺中，晶片的厚度被减薄，且在其底部粘结有玻璃基底，静电卡盘无法对具有玻璃基底的晶片进行静电吸附，在这种情况下，就需要采用机械卡盘代替静电卡盘固定晶片。
图1为现有的PVD设备的剖视图。如图1所示，PVD设备包括反应腔室1，在反应腔室1内的顶部设置有靶材4，其与直流电源(图中未示出)电连接；在反应腔室1内，且位于靶材4的下方设置有机械卡盘，机械卡盘包括基座9和卡环8，其中，基座9是可升降的，用于承载晶片10，且与射频电源11连接；卡环8用于在进行工艺时压住置于基座9上的晶片10的边缘区域，以将晶片10固定在基座9上；并且，卡环8在基座9下降时由内衬7支撑。此外，上述机械卡盘还连接有负偏压测量模块12，用于监控在基座9上形成的负偏压的大小。在进行PVD工艺的过程中，直流电源向靶材4施加负偏压，以激发反应腔室1内的工艺气体形成等离子体，并吸引等离子体中的高能离子轰击靶材4，以使靶材4表面的金属原子逸出并沉积在晶片10上；与此同时，射频电源11向基座9施加射频功率，以在晶片10上表面上形成的负偏压，这可以吸引被溅射出的金属原子沉积至硅通孔中，从而实现对硅通孔的填充。
在上述机械卡盘中，基座9和卡环8均采用不锈钢材质制作。由于基座9带有射频功率，其会产生一个负电位。在这种情况下，如果卡环8和基座9的电位不相同，二者之间就会发生打火(Arcing)，导致卡环8和基座9之间的晶片10因被击穿而碎裂。由于卡环8和晶片10直接接触，卡环8和基座9之间的竖直间距小于1mm，二者之间的电位差超过100V就非常容易发生打火(通常，打火电压为300V/mm，而施加600W的射频功率会在基座上产生300V的负偏压，因此打火情况非常容易发生)。为此，如图2所示，在卡环8和基座9之间设计有一个等电位环13，并且在该等电位环13的内部设置有诱电线圈14，该诱电线圈14在卡环8压住晶片10时与卡环8相接触、且产生弹性变形，从而可以实现较好的电接触，进而可以使卡环8和基座9电导通，以达到等电位状态，减少卡环8和基座9之间打火的风险。但是，这在实际应用中会出现以下问题：
其一，卡环8、诱电线圈14和等电位环13之间均存在接触电阻，即便在理想状态下，卡环8和基座9之间的电位差仍然存在。
其二，由于诱电线圈14的直径只有约0.3mm，而采用不锈钢制作的卡环8的硬度较高，且机械组件在设计上往往存在尺寸公差，这些因素都可能会导致卡环8和诱电线圈14之间的接触不良，从而造成卡环8和基座9之间的电位差在接触不好的区域依然存在。
其三，诱电线圈14会在长期的工艺过程中因不断的发生形变而松弛，导致产生弹性疲劳、形变能力变差，这同样会导致卡环8和基座9之间出现电位差。
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，提出了一种反应腔室及半导体加工设备，其可以保证基座的负偏压与卡环的电压一致，从而可以避免出现卡环和基座之间打火的问题。
为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，包括基座和卡环，所述基座用于承载晶片，且所述基座在进行工艺时被施加有负偏压；所述卡环压住所述晶片上表面的边缘区域；所述反应腔室还包括检测装置和调节装置，其中，所述检测装置用于实时检测所述基座的负偏压，并将其发送至所述调节装置；所述调节装置用于根据所述基座的负偏压对所述卡环的电压进行调节，以使所述基座的负偏压与所述卡环的电压一致。
优选的，所述调节装置包括可调电压模块和控制器，其中，所述可调电压模块与所述卡环电连接，用以通过改变自身的电阻值来调节所述卡环的电压；所述控制器用于接收由所述检测装置发送而来的所述基座的负偏压，并计算所述可调电压模块的电阻调整量，且向所述可调电压模块发送控制信号；所述可调电压模块根据该控制信号将自身的电阻值调整所述电阻调整量。
优选的，所述可调电压模块包括电压输入端、电压输出端、第一可调元件、分压支路、第一电机和直流电源，其中，所述第一可调元件、第一电机和直流电源相互串联，并与所述分压支路相互并联，然后串接在所述电压输入端和电压输出端之间；所述电压输出端与所述卡环电连接；所述第一电机用于根据由所述控制器发送而来的所述控制信号调节所述第一可调元件的电阻大小。
优选的，所述分压支路为一条或多条，且多条分压支路相互并联；所述分压支路包括相互串联的第二可调元件和第二电机，所述第二电机用于根据由所述控制器发送而来的所述控制信号调节所述第二可调元件的电阻大小。
优选的，所述调节装置还包括用于将所述电压输出端与所述卡环电连接的连接组件，所述连接组件包括：连接线，所述连接线的一端与所述电压输出端电连接，所述连接线的另一端贯穿所述反应腔室的腔室壁，并延伸至所述反应腔室内，且与所述卡环电连接；接线柱，其套设在所述连接线上，且所述接线柱的两端分别位于所述腔室壁的内、外两侧；第一绝缘件，其采用绝缘材料制作，且套设在所述接线柱上，并位于所述接线柱与所述反应腔室的腔室壁之间，用以使二者电绝缘。
优选的，所述连接组件还包括：密封法兰，其与所述反应腔室的腔室壁密封连接，用于对所述接线柱与所述腔室壁之间的间隙进行密封。
优选的，所述反应腔室还包括内衬，所述内衬环绕设置在所述反应腔室的腔室壁内侧；所述连接线的另一端贯穿所述内衬，且与所述卡环电连接。
优选的，所述连接组件还包括：第二绝缘件，其采用绝缘材料制作，且套设在所述连接线上，并位于所述连接线与所述内衬之间，用以使二者电绝缘。
优选的，所述控制器接收由所述检测装置发送而来的所述基座的负偏压，并判断该负偏压是否与所述卡环的电压相同；若相同，则重新接收所述基座的负偏压；若不同，则计算所述可调电压模块的电阻调整量，且向所述可调电压模块发送控制信号。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的反应腔室，其通过利用检测装置实时检测基座的负偏压，并将其发送至调节装置，然后调节装置根据该基座的负偏压对卡环的电压进行调节，以使基座的负偏压与卡环的电压一致，从而可以代替现有技术中的诱导线圈，避免出现卡环和基座之间打火的问题。
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反应腔室，可以代替现有技术中的诱导线圈，避免出现卡环和基座之间打火的问题。
附图说明
图1为现有的PVD设备的剖视图；
图2为图1中PVD设备的局部剖视图；
图3为本发明实施例提供的反应腔室的剖视图；
图4为本发明实施例提供的反应腔室的可调电压模块的电路连接图；
图5为本发明实施例提供的反应腔室的连接组件的结构示意图；以及
图6为本发明实施例提供的反应腔室的控制器的流程框图。
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反应腔室及半导体加工设备进行详细描述。
图3为本发明实施例提供的反应腔室的剖视图。请参阅图3，反应腔室21包括基座23、卡环25、内衬26、检测装置29和调节装置27。其中，基座23用于承载晶片24，该基座23是可升降的，在进行工艺时，基座23上升至如图3所示的工艺位置，此时卡环25利用自身重力压住晶片24的边缘区域，从而将晶片24固定在基座23上；同时，基座23与射频电源28连接，该射频电源28在进行工艺时向基座23施加有负偏压。此外，内衬26环绕设置在反应腔室21的腔室壁内侧，在进行工艺前后，基座23下降至装卸位置，以进行相应的取放片操作，此时卡环25由该内衬16支撑。
检测装置29与基座23电连接，用于实时检测该基座23的负偏压，并将其发送至调节装置27；调节装置27用于根据基座23的负偏压对卡环25的电压进行调节，以使基座23的负偏压与卡环25的电压一致，从而可以代替现有技术中的诱导线圈，避免出现卡环和基座之间打火的问题。
在本实施例中，如图4所示，为本发明实施例提供的反应腔室的可调电压模块的电路连接图。调节装置27包括可调电压模块和控制器30，其中，该可调电压模块与卡环25电连接，用以通过改变自身的电阻值来调节卡环25的电压。具体地，可调电压模块包括电压输入端、电压输出端276、第一可调元件271、分压支路、第一电机273和直流电源275，其中，第一可调元件271、第一电机273和直流电源275相互串联，并与该分压支路相互并联，然后串接在电压输入端和电压输出端276之间；电压输出端276与卡环25电连接；第一电机273用于根据由控制器30发送而来的控制信号调节第一可调元件271的电阻大小。分压支路包括相互串联的第二可调元件272和第二电机274，第二电机274用于根据由控制器30发送而来的控制信号调节第二可调元件272的电阻大小。通过分别调节第一可调元件271和第二可调元件272的电阻大小，可以调节自电压输出端276向卡环25输出的电压大小，从而实现对卡环25的电压的调节。在实际应用中，第一可调元件271和第二可调元件272可以为阻值可调的诸如电阻、电容等元件，例如可调电阻等。另外，分压支路的数量并不局限于本实施例中的一条，其还可以为两条或三条以上，且相互并联。
下面对本实施例中调节装置27与卡环25电连接的具体方式进行详细描述。具体地，图5为本发明实施例提供的反应腔室的连接组件的结构示意图。请参阅图5，调节装置27还包括用于将电压输出端276与卡环25电连接的连接组件，该连接组件包括连接线32、接线柱33、第一绝缘件34、密封法兰35和第二绝缘件31。其中，连接线32的一端与电压输出端276电连接，连接线32的另一端贯穿反应腔室21的腔室壁211，并延伸至反应腔室21内，然后再贯穿内衬26，且与卡环25电连接。
在实际应用中，由于卡环在基座上升至工艺位置时，会被基座顶起一段距离，并在基座离开工艺位置时，重新回落至由内衬支撑的位置，因此，在安装上述连接线时，应在反应腔室中预留一段长度的连接线，以保证连接线不会干扰卡环的升降。优选的，连接线应尽量选择柔软的材料，以进一步减少对卡环的影响。
由于腔室壁211和内衬27均为接地电位，这就需要保证连接线32分别与腔室壁211和内衬27电绝缘，即，确保连接线32在依次穿过腔室壁211和内衬27时，不发生电接触。为此，本实施例中是借助第一绝缘件34和第二绝缘件31将连接线32分别与腔室壁211和内衬27电绝缘。具体来说，接线柱33用于将第一绝缘件34安装在连接线32上，其套设在连接线32上，且接线柱33的两端分别位于腔室壁211的内、外两侧；第一绝缘件34采用例如陶瓷等绝缘材料制作，且套设在接线柱33上，并位于接线柱33与腔室壁211之间，用以使二者电绝缘。第二绝缘件31采用例如陶瓷等绝缘材料制作，且套设在连接线32上，并位于连接线32与内衬26之间，用以使二者电绝缘。
此外，为了保证反应腔室21处于真空状态，密封法兰35位于腔室壁211的外侧，且与腔室壁211密封连接，用于对接线柱33与腔室壁211之间的间隙进行密封。在实际应用中，可以通过在密封法兰与腔室壁之间设置密封件来实现二者的密封连接。
在本实施例中，控制器30与上述闭合回路电连接，用于接收由检测装置29发送而来的基座23的负偏压，并计算可调电压模块的电阻调整量，且向可调电压模块发送控制信号；该可调电压模块根据该控制信号将自身的电阻值调整电阻调整量，即，可调电压模块自身的电阻值增大或减少电阻调整量。
优选的，图6为本发明实施例提供的反应腔室的控制器的流程框图。请参阅图6，上述控制器30的具体工作流程包括以下步骤：
S100，控制器30接收由检测装置29发送而来的基座23的负偏压；
S200，判断该负偏压是否与卡环25的电压相同；若相同，则返回步骤S100，重新接收基座23的负偏压；若不同，则进入步骤S300；
S300，控制器30计算可调电压模块的电阻调整量；
S400，控制器30根据该电阻调整量向可调电压模块发送控制信号。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室，该反应腔室采用了本发明实施例提供的上述反应腔室。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述反应腔室，可以代替现有技术中的诱导线圈，避免出现卡环和基座之间打火的问题。
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)

1.一种反应腔室，包括基座和卡环，所述基座用于承载晶片，且所述基座在进行工艺时被施加有负偏压；所述卡环压住所述晶片上表面的边缘区域；其特征在于，所述反应腔室还包括检测装置和调节装置，其中，
所述检测装置用于实时检测所述基座的负偏压，并将其发送至所述调节装置；
所述调节装置用于根据所述基座的负偏压对所述卡环的电压进行调节，以使所述基座的负偏压与所述卡环的电压一致。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述调节装置包括可调电压模块和控制器，其中，
所述可调电压模块与所述卡环电连接，用以通过改变自身的电阻值来调节所述卡环的电压；
所述控制器用于接收由所述检测装置发送而来的所述基座的负偏压，并计算所述可调电压模块的电阻调整量，且向所述可调电压模块发送控制信号；所述可调电压模块根据该控制信号将自身的电阻值调整所述电阻调整量。
3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述可调电压模块包括电压输入端、电压输出端、第一可调元件、分压支路、第一电机和直流电源，其中，
所述第一可调元件、第一电机和直流电源相互串联，并与所述分压支路相互并联，然后串接在所述电压输入端和电压输出端之间；
所述电压输出端与所述卡环电连接；
所述第一电机用于根据由所述控制器发送而来的所述控制信号调节所述第一可调元件的电阻大小。
4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述分压支路为一条或多条，且多条分压支路相互并联；
所述分压支路包括相互串联的第二可调元件和第二电机，所述第二电机用于根据由所述控制器发送而来的所述控制信号调节所述第二可调元件的电阻大小。
5.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述调节装置还包括用于将所述电压输出端与所述卡环电连接的连接组件，所述连接组件包括：
连接线，所述连接线的一端与所述电压输出端电连接，所述连接线的另一端贯穿所述反应腔室的腔室壁，并延伸至所述反应腔室内，且与所述卡环电连接；
接线柱，其套设在所述连接线上，且所述接线柱的两端分别位于所述腔室壁的内、外两侧；
第一绝缘件，其采用绝缘材料制作，且套设在所述接线柱上，并位于所述接线柱与所述反应腔室的腔室壁之间，用以使二者电绝缘。
6.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述连接组件还包括：
密封法兰，其与所述反应腔室的腔室壁密封连接，用于对所述接线柱与所述腔室壁之间的间隙进行密封。
7.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括内衬，所述内衬环绕设置在所述反应腔室的腔室壁内侧；
所述连接线的另一端贯穿所述内衬，且与所述卡环电连接。
8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述连接组件还包括：
第二绝缘件，其采用绝缘材料制作，且套设在所述连接线上，并位于所述连接线与所述内衬之间，用以使二者电绝缘。
9.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述控制器接收由所述检测装置发送而来的所述基座的负偏压，并判断该负偏压是否与所述卡环的电压相同；若相同，则重新接收所述基座的负偏压；若不同，则计算所述可调电压模块的电阻调整量，且向所述可调电压模块发送控制信号。
10.一种半导体加工设备，其包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-9任意一项所述的反应腔室。
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