CN108807214A - 一种去气装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种去气装置。该去气装置包括腔室和温控单元，所述腔室的顶部设有介质窗，所述温控单元包括温度控制器、加热部件和风扇，所述温度控制器用于监测所述介质窗的温度，所述加热部件和所述风扇分别与所述温度控制器连接，所述去气装置还包括位于所述介质窗上方、且与所述腔室同轴设置的风道控件，所述风道控件中开设有通风孔，所述风道控件能引导所述风扇产生的流动气体经所述通风孔遍布所述介质窗。该去气装置通过设置内部有通风孔的风道控件，从而将风扇产生的流动气体也即风流经通风孔直接扩散到整个介质窗，有效解决介质窗的中心和边缘温差较大，进而导致晶圆温度均匀性差的问题，能获得较佳的工艺效果。

Description

一种去气装置

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种去气装置。

背景技术

在半导体物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)设备集成系统中，按照功能主要包括三类模块，如图1所示，包括依次顺序排列的：以去气腔室11为代表的去气(degas)工艺模块、以预清洗腔室12为代表的预清洗(preclean)工艺模块和以工艺腔室13(例如钛Ti、铜Cu的沉积)为代表的PVD工艺模块。去气工艺模块是工艺流程最前端的模块，主要用于对晶圆(wafer)进行去气，去除晶圆表面或者内部残存的杂质气体，这些杂质气体不能出现在PVD腔室内，否则会影响PVD工艺的膜层质量。

目前，去气工艺模块对晶圆进行去气方式主要是烘烤去气方式，例如通过卤素灯加热方式。如图2所示，利用卤素灯2加热的方式，一般情况下是将卤素灯2设置在大气中，中间用透明的介质窗4与真空腔室6隔开，通过光照的方式对设置于支撑件7上方的晶圆5进行加热。在支撑罩3的下方、腔室6的上方有排气孔，风对介质窗4冷却，通过排气孔排气。

可见，当使用一个风扇1时，由于风扇1和介质窗4距离很近，介质窗4的中心位置受到风扇1直吹风的作用、而介质窗4的边缘位置不能受到风扇1直吹风的作用，因此介质窗4的中心和边缘最终温差较大，进而对晶圆5的最终工艺效果产生较大的影响。

因此，设计一种结构简单，且能保证介质窗的中心和边缘温差较小的去气装置成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中上述不足，提供一种去气装置，该去气装置结构简单，且能保证介质窗的中心和边缘较小的温差，从而获得较佳的工艺效果。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该去气装置，去气装置，包括腔室和温控单元，所述腔室的顶部设有介质窗，所述温控单元包括温度控制器、加热部件和风扇，所述温度控制器用于监测所述介质窗的温度，所述加热部件和所述风扇分别与所述温度控制器连接，所述去气装置还包括位于所述介质窗上方、且与所述腔室同轴设置的风道控件，所述风道控件中开设有通风孔，所述风道控件能引导所述风扇产生的流动气体经所述通风孔遍布所述介质窗。

优选的是，所述通风孔包括在与所述腔室的中心轴相应位置处开设的圆形中心孔道，和/或，以所述圆形中心孔道径依次往外同心排列的至少一个环形孔道。

优选的是，所述环形孔道的纵向截面形状为梯形，多个所述环形孔道的梯形倾斜度相对于所述风道控件的轴向依次向外增大。

优选的是，相邻的所述环形孔道依次向外增大相同的角度。

优选的是，相邻的两个所述环形孔道之间，沿所述风道控件的径向方向至少设置有一条加强筋。

优选的是，所述风道控件的纵向外部截面形状为梯形或方形。

优选的是，所述风道控件采用耐高温的金属材料形成，所述耐高温的金属材料包括不锈钢、铝。

优选的是，所述温控单元还包括至少一个温度传感器，所述温度传感器与所述温度控制器连接，所述温度传感器设置于所述介质窗的表面或者内部。

优选的是，所述腔室上方设置有支撑罩，所述风扇的数量至少为一个，所述风扇设置于所述支撑罩的中央位置的顶部，和/或，所述风扇以单圈或多圈的方式，沿圆周方向均匀设置于所述支撑罩的顶部和/或侧面。

优选的是，所述腔室上方设置有支撑罩，所述加热部件固定于所述支撑罩上；所述加热部件为卤素灯和/或加热器。

本发明的有益效果是：该去气装置通过设置内部有通风孔的风道控件，从而将风扇产生的流动气体流经通风孔直接扩散到整个介质窗，有效解决介质窗的中心和边缘温差较大，进而导致晶圆温度均匀性差的问题，能获得较佳的工艺效果。

附图说明

图1为现有技术中PVD集成系统中各腔室的分布示意图；

图2为现有技术中去气装置的结构示意图；

图3为本发明实施例1中去气装置的结构示意图；

图4为图3中风道控件的剖面图；

图5为本发明实施例2中去气装置的结构示意图；

附图标识中：

1-风扇；2-卤素灯；3-支撑罩；4-介质窗；5-晶圆；6-腔室；7-支撑件；8-温度传感器；9-温度控制器；10-风道控件；101-中心孔道；102-环形孔道；103-加强筋；

11-去气腔室；12-预清洗腔室；13-工艺腔室。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明去气装置作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种去气装置，其结构简单，且能保证介质窗的中心和边缘较小的温差，从而获得较佳的工艺效果。

如图3所示，该去气装置包括腔室6和温控单元，腔室6的顶部设有介质窗4，温控单元包括温度控制器9、加热部件和风扇1，温度控制器9用于监测介质窗4的温度，加热部件和风扇1分别与温度控制器9连接。其中，该去气装置还包括位于介质窗4上方、且与腔室6同轴设置的风道控件10，风道控件10中开设有通风孔，风道控件10能引导风扇1产生的流动气体经通风孔遍布介质窗4。

其中，介质窗4与腔室6同轴设置即指，风道控件10的竖直中心线与腔室6的竖直中心轴重合，通风孔包括在与腔室6的中心轴相应位置处开设的圆形中心孔道，和/或，以圆形中心孔道依次往外同心排列的至少一个环形孔道。即，通风孔可以只有在与腔室6的中心轴相应位置处开设的圆形中心孔道，或有只有以圆形中心孔道依次往外同心排列的至少一个环形孔道，或者同时开设中心孔道和环形孔道。中心孔道主要用于对介质窗的中心部位进行吹拂，外侧的环形孔道依次向外变角度扩张，以便于能引导流动气体呈现出倾斜向外的效果，从而遍布整个介质窗。

优选的是，处于外圈的环形孔道相比处于内圈的环形孔道的纵向截面形状，相对于风道控件10的轴向具有更大的倾斜度。也即，处于远离中心孔道的外圈的环形孔道的纵向截面形状，相比处于靠近中心孔道的内圈的环形孔道的纵向截面形状具有更大的倾斜度，以保证来自风扇1的流动气体，也即风流能均匀遍布在介质窗4的整个表面。

作为一种示例，环形孔道的纵向截面形状为梯形，多个环形孔道的梯形倾斜度相对于风道控件10的轴向依次向外增大，处于最外圈的环形孔道的梯形倾斜度使得风向能与介质窗4的外边缘相当，从而引导风扇1的风遍布整个介质窗4。容易理解的是，这里的倾斜度是指梯形截面的两腰平面相对于与腔室的竖直中心线垂直的平面(即水平面)之间的内夹角(通常为锐角)，与水平面的内夹角越小则说明环形孔道的倾斜度越大。

另外，相邻的环形孔道依次向外增大相同的角度，使得环形孔道均匀分布于风道空间表面，以便使到达介质窗表面为较好均匀流动气体。

为了保证风道控件10的整体性和机械强度，相邻的两个环形孔道之间，沿风道控件10的径向方向至少设置有一条加强筋。多个环形孔道之间的加强筋处于同一直线或者不处于同一直线。对于该风道控件10而言，可将整个圆周面平均分为多个扇形弧面(例如将一个圆周化为三阵列)，在每一扇形弧面的局部均设置一条径向连通所有环形孔道的加强筋；也可以整个圆周面仅设置一条加强筋，这里不做限制。

风道控件10的纵向外部截面形状对风向的控制并不起实质作用，只需能保证一定的机械强度和便于安装即可，例如风道控件10的纵向外部截面形状为梯形或方形。在本实施例的去气装置中，腔室6上方设置有支撑罩3，在安装过程中，可以通过预先焊接在风道控件10上方外侧的圆环上的焊接件，采用螺钉固定的方式与支撑罩3连接。

如图4所示为风道控件10的剖面图，其中间为一圆形的中心孔道101，左侧为加强筋103，右侧为往外依次设置的多个环形孔道102，相邻的环形孔道102依次向外增大相同的角度，例如相差5°。

其中，风道控件10采用耐高温的金属材料形成，耐高温的金属材料包括不锈钢、铝。当然，也可以根据工艺条件，采用其他的高温的金属材料形成，这里不做限制。

为了能实时获取施加至介质窗4的温度，形成能自动反馈控制的系统，温控单元还包括至少一个温度传感器8，温度传感器8与温度控制器9连接，温度传感器8设置于介质窗4的表面或者内部，以相应获取介质窗4的表面温度或者内部温度。通过在介质窗4上增加温度传感器8来监测介质窗4的温度，进而反馈至温度控制器9来控制风扇1的风量，风量的大小可以调整介质窗4的温度高低，从而构成一个对介质窗4温度的闭环控制系统。

在本实施例的去气装置中，风扇1和加热部件固定于支撑罩3上。例如，风扇1的数量为一个，风扇1设置于支撑罩3的中央位置的顶部，或者设置于支撑罩3的顶部或侧面。加热部件为卤素灯和/或加热器，即对晶圆5进行加热的元件可以仅采用卤素灯加热方式，也可以仅采用加热器(heater)加热方式，或者是同时采用卤素灯和加热器加热方式。本实施例以采用卤素灯2作为加热部件来进行示例。

在图3中，风道控件10安装在风扇1的正下方，通过该风道控件10引导风扇1的风，卤素灯2的热量在风扇1的吹拂下，通过风道控件10的引导直接、均匀地扩散到达整个介质窗4，从而减小介质窗4中心和边缘的温度差，保证提供给真空腔室6内的晶圆5的热量均匀。

本实施例中的去气装置，通过设置内部有通风孔的风道控件，从而将风扇产生的流动气体也即风流经通风孔直接扩散到整个介质窗，有效解决介质窗的中心和边缘温差较大，进而导致晶圆温度均匀性差的问题，能获得较佳的工艺效果。

实施例2：

本实施例提供一种去气装置，其结构简单，且能保证介质窗4的中心和边缘较小的温差，从而获得较佳的工艺效果。

本实施例中的去气装置与实施例1中去气装置的区别在于，风扇1的数量和设置位置不同。如图5所示，风扇1的数量为多个，多个风扇设置于支撑罩3的中央位置的顶部，或者多个风扇1以单圈或多圈的方式，沿圆周方向均匀设置于支撑罩3的顶部和/或侧面。风扇1分别设置在内圈和外圈，通过控制内圈和外圈风扇1的转速来控制介质窗4中心和边缘的温度，通过温度传感器8可以监控介质窗4的中心及边缘温度，使得介质窗4有较好的温度均匀性。

本实施例中去气装置的其他结构可以与实施例1中去气装置的相应结构相同，这里不再详述。

本实施例中的去气装置，通过设置内部有通风孔的风道控件，并辅以多个风扇，从而将风扇产生的流动气体也即风流经通风孔直接扩散到整个介质窗，有效解决介质窗的中心和边缘温差较大，进而导致晶圆温度均匀性差的问题，能获得较佳的工艺效果。

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)

1.一种去气装置，包括腔室和温控单元，所述腔室的顶部设有介质窗，所述温控单元包括温度控制器、加热部件和风扇，所述温度控制器用于监测所述介质窗的温度，所述加热部件和所述风扇分别与所述温度控制器连接，其特征在于，所述去气装置还包括位于所述介质窗上方、且与所述腔室同轴设置的风道控件，所述风道控件中开设有通风孔，所述风道控件能引导所述风扇产生的流动气体经所述通风孔遍布所述介质窗。

2.根据权利要求1所述的去气装置，其特征在于，所述通风孔包括在与所述腔室的中心轴相应位置处开设的圆形中心孔道，和/或，以所述圆形中心孔道径依次往外同心排列的至少一个环形孔道。

3.根据权利要求2所述的去气装置，其特征在于，所述环形孔道的纵向截面形状为梯形，多个所述环形孔道的梯形倾斜度相对于所述风道控件的轴向依次向外增大。

4.根据权利要求3所述的去气装置，其特征在于，相邻的所述环形孔道依次向外增大相同的角度。

5.根据权利要求2所述的去气装置，其特征在于，相邻的两个所述环形孔道之间，沿所述风道控件的径向方向至少设置有一条加强筋。

6.根据权利要求2所述的去气装置，其特征在于，所述风道控件的纵向外部截面形状为梯形或方形。

7.根据权利要求1-6任一项所述的去气装置，其特征在于，所述风道控件采用耐高温的金属材料形成，所述耐高温的金属材料包括不锈钢、铝。

8.根据权利要求1-6任一项所述的去气装置，其特征在于，所述温控单元还包括至少一个温度传感器，所述温度传感器与所述温度控制器连接，所述温度传感器设置于所述介质窗的表面或者内部。

9.根据权利要求1-6任一项所述的去气装置，其特征在于，所述腔室上方设置有支撑罩，所述风扇的数量至少为一个，所述风扇设置于所述支撑罩的中央位置的顶部，和/或，所述风扇以单圈或多圈的方式，沿圆周方向均匀设置于所述支撑罩的顶部和/或侧面。

10.根据权利要求1-6任一项所述的去气装置，其特征在于，所述腔室上方设置有支撑罩，所述加热部件固定于所述支撑罩上；所述加热部件为卤素灯和/或加热器。