CN107437515A - 加热腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加热腔室及半导体加工设备，在加热腔室内设置有介质窗，用以将加热腔室分隔形成上子腔室和下子腔室，其中，在下子腔室内设置有承载部件，承载部件包括用于承载基片的承载面，在上子腔室内设置有多个加热灯，用于透过介质窗朝向承载面辐射热量，各个所述加热灯与承载面之间的竖直间距不同，以使辐射至置于承载面上的基片不同区域的热量趋于一致。本发明提供的加热腔室，其可以更均匀地加热基片，从而可以提高工艺均匀性。

Description

加热腔室及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体地，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，以下简称PVD)技术是微电子领域常用的加工技术，如，用于加工集成电路中的铜互连层。制作铜互连层主要包括去气、预清洗、Ta(N)沉积以及Cu沉积等步骤，其中，去气步骤是去除基片等被加工工件上的水蒸气及其它易挥发性杂质。在实际应用中，对去气步骤加热的均匀性要求很高，如果加热不均匀，可能会导致基片表面部分区域上的易挥发杂质去除不干净，影响后续工艺。

图1为现有的PVD设备的结构示意图。请参阅图1，PVD设备包括加热腔室1，在加热腔室1的内部设置有石英窗4，借助石英窗4将加热腔室1分隔为上子腔室11和下子腔室12。其中，在下子腔室12内设有用于承载基片3的支撑柱2。而且，在上子腔室11内的顶部设置有多个加热灯泡5，其固定在上子腔室11的顶板6上，用以透过石英窗4朝向支撑柱2上的基片3辐射热量，以使基片3快速升温达到所需的温度。

上述加热腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题：

在加热基片3的过程中，由于位于上子腔室11中心区域的加热灯泡5的分布较边缘区域更为集中，导致辐射至基片中心区域的热量多于辐射至基片边缘区域的热量，而且由于基片3边缘区域的热散失速率高于其中心区域的热散失速率，导致基片3的中心区域与边缘区域存在温差，从而降低了工艺均匀性。

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，其可以更均匀地加热基片，从而可以提高工艺均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种加热腔室，在所述加热腔室内设置有介质窗，用以将所述加热腔室分隔形成上子腔室和下子腔室，其中，在所述下子腔室内设置有承载部件，所述承载部件包括用于承载基片的承载面，在所述上子腔室内设置有多个加热灯，用于透过所述介质窗朝向所述承载面辐射热量，各个所述加热灯与所述承载面之间的竖直间距不同，以使辐射至置于所述承载面上的基片不同区域的热量趋于一致。

优选的，在所述上子腔室的径向横截面上，多个所述加热灯的投影分布在至少两个不同半径的第一圆上，所述第一圆以所述径向横截面的中心为圆心；并且，不同所述第一圆上的加热灯与所述承载面之间的竖直间距不同，而同一所述第一圆上的加热灯与所述承载面之间的竖直间距相同。

优选的，在所述上子腔室的轴向横截面上，不同所述第一圆上的加热灯的投影分布在同一第二圆上。

优选的，所述加热灯所在所述第一圆的半径越大，该加热灯与所述承载面之间的竖直间距越小。

优选的，其中一个所述加热灯位于所述径向横截面的中心；

所述第二圆的半径采用如下公式获得：

D²＝(2R-H)×H；

其中，D为所述上子腔室的内壁半径；R为所述第二圆的半径；H为半径最大的所述第一圆上的加热灯与位于所述径向横截面的中心的加热灯之间的高度差。

优选的，半径最大的所述第一圆上的加热灯与位于所述径向横截面的中心的加热灯之间的高度差的取值范围在50～80mm。

优选的，所述上子腔室的内壁半径为160mm；在所述上子腔室的径向横截面上，多个所述加热灯的投影分布在两个半径分别为80mm和160mm的第一圆上；在半径为80mm的第一圆上均匀分布有4个所述加热灯；在半径为160mm的第一圆上均匀分布有8个所述加热灯。

优选的，同一所述第一圆上的加热灯在该第一圆上均匀分布。

优选的，在所述上子腔室内还设置有安装板，所述安装板包括与所述承载面相对的安装曲面，多个所述加热灯与所述安装板固定连接，且分布在所述安装曲面上；并且，所述安装曲面安装各个所述加热灯的位置与所述承载面之间的竖直间距不同，以使辐射至置于所述承载面上的基片不同区域的热量趋于一致。

优选的，所述加热腔室还包括调控器，所述调控器用于同时调节所有的所述加热灯的加热功率。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括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，其通过使各个加热灯与用于承载基片的承载面之间的竖直间距不同，来使辐射至置于该承载面上的基片不同区域的热量趋于一致，可以更均匀地加热基片，从而可以提高工艺均匀性。

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，可以更均匀地加热基片，从而可以提高工艺均匀性。

附图说明

图1为现有的PVD设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的加热腔室的剖视图；

图3为本发明实施例中加热灯的一种排布方式；

图4为本发明实施例中第二圆的示意图。

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剖视图。请参阅图2，在加热腔室21内设置有介质窗24，用以将加热腔室21分隔形成上子腔室211和下子腔室212，该介质窗24通常采用透明的石英材料制作。其中，在下子腔室212内设置有承载部件22，该承载部件22具体可以为基座或者多个支撑柱，在本实施例中，承载部件22采用多个支撑柱支撑基片23，该支撑柱的顶端即为用于承载基片23的承载面。而且，在上子腔室211内设置有多个加热灯26，用于透过介质窗24朝向承载面辐射热量，从而实现对基片23的加热。

此外，各个加热灯26与承载面之间的竖直间距不同。该竖直间距可以根据在采用各个加热灯26与承载面之间的竖直间距相同的方式加热基片23时，加热后的基片23不同区域之间存在的温差来设定，即，若基片23某一区域的温度较低，则减小与该区域相对应的加热灯26的辐射距离；反之，若基片23某一区域的温度较高，则增大与该区域相对应的加热灯26的辐射距离，最终实现辐射至置于承载面上的基片23不同区域的热量趋于一致。

图3为本发明实施例中加热灯的一种排布方式。请参阅图3，在上子腔室211的径向横截面(该径向横截面与承载面相互平行)上，多个加热灯26的投影分布在两个不同半径的第一圆(27，28)上，第一圆(27，28)均以径向横截面的中心为圆心。其中一个加热灯261位于径向横截面的中心。并且，第一圆27上的加热灯262和承载面之间的竖直间距与第一圆28上的加热灯263和承载面之间的竖直间距不同，而同一第一圆27(或者第一圆28)上的加热灯与承载面之间的竖直间距相同。优选的，同一第一圆上的加热灯在该第一圆上均匀分布。

上述加热灯的排布方式是针对基片23的中心区域与边缘区域之间存在温差的情况而设计的。若基片3的中心区域的温度高于边缘区域的温度，则可以使第一圆27上的加热灯262和承载面之间的竖直间距大于第一圆28上的加热灯263和承载面之间的竖直间距；反之，若基片3的中心区域的温度低于边缘区域的温度，则可以使第一圆27上的加热灯262和承载面之间的竖直间距小于第一圆28上的加热灯263和承载面之间的竖直间距。

优选的，可以采用不同第一圆上的加热灯分布在同一圆上的方式实现：第一圆27上的加热灯262和承载面之间的竖直间距与第一圆28上的加热灯263和承载面之间的竖直间距不同，而同一第一圆27(或者第一圆28)上的加热灯与承载面之间的竖直间距相同。具体地，图4为本发明实施例中第二圆的示意图。如图4所示，针对基片23的中心区域的温度高于边缘区域的温度情况，加热灯所在第一圆的半径越大，该加热灯与承载面之间的竖直间距越小。在这种情况下，在上子腔室211的轴向横截面(该轴向横截面与承载面相互垂直)上，不同第一圆上的加热灯的投影分布在同一第二圆29上。其中，上子腔室211的内壁的半径为D，加热灯261分布第二圆29上，且位于轴向横截面的中心，其与横截面之间的竖直间距最大；第一圆28上的加热灯263分布第二圆29上，且位于轴向横截面的边缘(靠近上子腔室211的内壁位置)，其与承载面之间的竖直间距最小。并且，加热灯263与加热灯261之间的高度差为H。第一圆27上的加热灯262分布第二圆29上，随着第二圆29的轨迹，加热灯262与承载面之间的竖直间距势必大于加热灯263与承载面之间的竖直间距、小于加热灯261与承载面之间的竖直间距。

进一步的，第二圆29的半径可以采用如下公式获得：

D²＝(2R-H)×H；

其中，D为上子腔室211的内壁半径；R为第二圆29的半径；H为半径最大的第一圆28上的加热灯263与位于径向横截面的中心的加热灯261之间的高度差。由此，可以使不同第一圆上的加热灯呈线性的规律分布，且能够准确地设定各个加热灯与承载面之间的竖直间距。

可选的，半径最大的第一圆28上的加热灯263与位于径向横截面的中心的加热灯261之间的高度差H的取值范围在50～80mm。通过实验可知，在该取值范围内设计加热灯的分布，可以使基片23的中心区域的温度与边缘区域的温度趋于一致。其中，高度差H为50mm时，加热均匀性最佳。

进一步的，上子腔室211的内壁半径D为160mm；在上子腔室211的径向横截面上，多个加热灯的投影分布在两个半径分别为80mm和160mm的第一圆(27，28)上；在半径为80mm的第一圆27上均匀分布有4个加热灯262；在半径为160mm的第一圆28上均匀分布有8个加热灯263。在250℃条件下，采用上述结构和参数的加热腔室对基片进行加热之后，基片的温度均匀性可达+/-2.5℃，从而大大提高了加热均匀性。

另外，优选的，为了便于安装，在上子腔室211内还设置有安装板25，该安装板25包括与承载面相对的安装曲面251，多个加热灯26与安装板25固定连接，且分布在安装曲面251上；并且，安装曲面251安装各个加热灯26的位置与承载面之间的竖直间距不同，以使辐射至置于承载面上的基片不同区域的热量趋于一致。也就是说，上述安装曲面251的形状满足加热灯26的上述分布规则，即，安装曲面251上各个加热灯26的安装点与承载面之间的竖直间距与所需的该加热灯26与承载面之间的目标竖直间距相对应，这样，在安装加热灯26时，只需将加热灯26安装在安装曲面251的指定位置处，即可使该加热灯26与承载面之间的竖直间距满足要求。

进一步优选的，加热腔室还包括调控器(图中未示出)，该调控器用于同时调节所有的加热灯26的加热功率，这与现有技术中采用不同的调控器来分区调节加热灯26的方式相比，可以降低设备成本，而且控制更简单可靠。

需要说明的是，在本实施例中，多个加热灯26中的其中一个加热灯261位于上子腔室211的径向横截面的中心。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，根据具体情况，上子腔室211的径向横截面的中心也可以不设置加热灯。

综上所述，本发明实施例提供的加热腔室，其通过使各个加热灯与用于承载基片的承载面之间的竖直间距不同，来使辐射至置于该承载面上的基片不同区域的热量趋于一致，可以更均匀地加热基片，从而可以提高工艺均匀性。

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，其包括本发明实施例提供的上述加热腔室。

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加热腔室，可以更均匀地加热基片，从而可以提高工艺均匀性。

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 (11)

1.一种加热腔室，在所述加热腔室内设置有介质窗，用以将所述加热腔室分隔形成上子腔室和下子腔室，其中，在所述下子腔室内设置有承载部件，所述承载部件包括用于承载基片的承载面，在所述上子腔室内设置有多个加热灯，用于透过所述介质窗朝向所述承载面辐射热量，其特征在于，各个所述加热灯与所述承载面之间的竖直间距不同，以使辐射至置于所述承载面上的基片不同区域的热量趋于一致。

2.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，在所述上子腔室的径向横截面上，多个所述加热灯的投影分布在至少两个不同半径的第一圆上，所述第一圆以所述径向横截面的中心为圆心；并且，

不同所述第一圆上的加热灯与所述承载面之间的竖直间距不同，而同一所述第一圆上的加热灯与所述承载面之间的竖直间距相同。

3.根据权利要求2所述的加热腔室，其特征在于，在所述上子腔室的轴向横截面上，不同所述第一圆上的加热灯的投影分布在同一第二圆上。

4.根据权利要求3所述的加热腔室，其特征在于，所述加热灯所在所述第一圆的半径越大，该加热灯与所述承载面之间的竖直间距越小。

5.根据权利要求4所述的加热腔室，其特征在于，其中一个所述加热灯位于所述径向横截面的中心；

所述第二圆的半径采用如下公式获得：

D²＝(2R-H)×H；

其中，D为所述上子腔室的内壁半径；R为所述第二圆的半径；H为半径最大的所述第一圆上的加热灯与位于所述径向横截面的中心的加热灯之间的高度差。

6.根据权利要求5所述的加热腔室，其特征在于，半径最大的所述第一圆上的加热灯与位于所述径向横截面的中心的加热灯之间的高度差的取值范围在50～80mm。

7.根据权利要求5所述的加热腔室，其特征在于，所述上子腔室的内壁半径为160mm；在所述上子腔室的径向横截面上，多个所述加热灯的投影分布在两个半径分别为80mm和160mm的第一圆上；在半径为80mm的第一圆上均匀分布有4个所述加热灯；在半径为160mm的第一圆上均匀分布有8个所述加热灯。

8.根据权利要求2所述的加热腔室，其特征在于，同一所述第一圆上的加热灯在该第一圆上均匀分布。

9.根据权利要求1-8所述的加热腔室，其特征在于，在所述上子腔室内还设置有安装板，所述安装板包括与所述承载面相对的安装曲面，多个所述加热灯与所述安装板固定连接，且分布在所述安装曲面上；并且，

所述安装曲面安装各个所述加热灯的位置与所述承载面之间的竖直间距不同，以使辐射至置于所述承载面上的基片不同区域的热量趋于一致。

10.根据权利要求1-8所述的加热腔室，其特征在于，所述加热腔室还包括调控器，所述调控器用于同时调节所有的所述加热灯的加热功率。

11.一种半导体加工设备，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的加热腔室。