CN110211902A - 承载装置及工艺腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种承载装置及工艺腔室，该承载装置包括顶升机构、加热组件和用于承载晶片的基座，其中，基座包括用于承载晶片的承载面；顶升机构用于带动晶片上升至高于承载面的加热位置，或带动晶片下降至承载面上；加热组件贯穿基座，设置在承载面上，用于在顶升机构带动晶片上升至加热位置时，向晶片输出光能以加热晶片。本发明提供的承载装置及工艺腔室能够缩短工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。

Description

承载装置及工艺腔室
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种承载装置及工艺腔室。
背景技术
目前，在集成电路芯片制备的工艺中，金属互连技术是一项极为关键的技术，其主要是指通过物理气相沉积(PVD)在经由光刻技术形成的沟槽、通孔中沉积上金属导体，将晶体管相互连接起来形成所需要的电路的工艺过程。随着芯片的特征尺寸逐渐减小，通孔与沟槽的开口逐渐减小，深宽比逐渐增大，在大深宽比的孔中填充互联层的难度越来越大。经过研究发现，铜回流工艺是一种可以形成可靠的铜互连层的技术，其是先在低温下向深孔中沉积一层铜籽晶层，然后对基片进行加热，在高温(通常300℃以上)的作用下，铜的表面移动性和晶粒团聚力都得到增强，在扩散作用和毛细管力下，表面铜原子发生迁移，所沉积的铜被吸入深孔底部，自下而上实现填充，这便完成了铜回流的一个循环，深孔尺寸越小，毛细管力越强，从而填充效果越好，如此循环往复，直至深孔填充完整。
目前，铜回流工艺可以通过在基座的冷却层中设置光纤以加热静电卡盘来实现。其中，静电卡盘用于承载基片；冷却层设置在静电卡盘下方，用于冷却静电卡盘，冷却层中设置有通孔；光纤设置在冷却层的通孔中，用于将光能传导至静电卡盘上，以通过静电卡盘来加热基片。
但是，在对一片基片进行铜回流工艺后，由于高温回流步骤的高温，使得静电卡盘处在高温状态，无法立刻对下一片基片进行低温沉积铜籽晶层的步骤，而静电卡盘在真空中由300℃的高温降至沉积铜籽晶层的步骤所需的低温需要很长时间，这就导致工艺效率很低，产能降低，生产成本增加。
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，提出了一种承载装置及工艺腔室，其能够缩短工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。
为实现本发明的目的而提供一种承载装置，包括用于承载晶片的基座，还包括顶升机构和加热组件，其中，所述基座包括用于承载所述晶片的承载面；
所述顶升机构用于带动所述晶片上升至高于所述承载面的加热位置，或带动所述晶片下降至所述承载面上；
所述加热组件贯穿所述基座，设置在所述承载面上，用于在所述顶升机构带动所述晶片上升至所述加热位置时，向所述晶片输出光能以加热所述晶片。
优选的，所述加热组件包括多条光纤和光源，其中，
所述基座中设置有多个光纤通道，所述光纤通道贯穿所述基座；所述光纤一一对应地穿设于所述光纤通道中，且所述光纤与所述光纤通道密封连接；
多条所述光纤均与所述光源连接，所述光源用于向所述光纤提供光能。
优选的，所述光纤的输出端不高于所述承载面。
优选的，所述光纤的输出端与所述承载面之间的间距的取值范围在0.02mm-0.15mm。
优选的，多个所述光纤通道均匀分布在所述承载面上。
优选的，所述加热组件还包括光纤分束器和主路光纤，其中，所述主路光纤分别与所述光源和所述光纤分束器连接，用于将所述光能传输至所述光纤分束器中；所述光纤分束器与各条所述光纤连接，用于将所述光能分配至各条所述光纤中。
优选的，所述光纤分束器包括一个一级光纤分束器和多个二级光纤分束器；所述主路光纤包括一条一级主路光纤和多条二级主路光纤，其中，
所述一级主路光纤与所述光源和所述一级光纤分束器连接，用于将所述光能传输至所述一级光纤分束器中；
所述二级主路光纤的数量与所述二级光纤分束器的数量相同，且一一对应，多个所述二级主路光纤均与所述一级光纤分束器连接，各个所述二级主路光纤用于将所述一级光纤分束器中的所述光能传输至与其对应的所述二级光纤分束器中；
各个所述二级光纤分束器与不同的所述光纤连接，用于将所述光能传输至各个所述光纤。
优选的，所述承载装置还包括密封罩，所述密封罩罩设在所述基座的下方，并与所述基座密封连接，且在所述密封罩上设置有供多条所述光纤穿过的孔，各条所述光纤穿过所述孔对应地设置在所述光纤通道中，且多条所述光纤均与所述孔密封连接。
优选的，所述顶升机构包括至少三个顶针和用于驱动所述至少三个顶针作升降运动的驱动装置，所述顶针贯穿所述基座上升或下降，以将所述晶片顶升至所述加热位置或将所述晶片降至所述承载面。
本发明还提供一种工艺腔室，在工艺腔室内设置有用于承载晶片的承载装置，所述承载装置采用本发明提供的所述承载装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的承载装置，在进行回流工艺时，先借助顶升机构带动晶片上升至高于基座的承载面的加热位置，使晶片脱离承载面，再借助加热组件向晶片输出光能以加热晶片，即晶片在被加热组件加热时与基座脱离，这样能够减少晶片的高温对于基座的影响，又由于加热组件贯穿基座设置在承载面上，这就使得加热组件在对晶片进行加热时，加热组件发出的光能是直接向晶片输出，并不需要通过基座传递，这样能够减少加热组件的高温对于基座的影响，从而使得基座在完成一次回流工艺后的温度得到降低，以缩短两次回流工艺之间的时间间隔，因此，本发明提供的承载装置能够缩短工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。
本发明提供的工艺腔室，借助本发明提供的承载装置承载晶片进行工艺，能够缩短工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明提供的承载装置的结构示意图；
图2为本发明提供的承载装置的基座的俯视图；
图3为本发明提供的承载装置的光纤通道的结构示意图；
附图标记说明：
10-晶片；11-基座；111-承载面；12-顶针；13-驱动装置；20-光纤；21-光源；22-光纤通道；231-一级光纤分束器；232-二级光纤分束器；241-一级主路光纤；242-二级主路光纤；25-密封罩；261-冷却水盘；262-进水管路；263-回水管路；264-冷却气管。
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承载装置及工艺腔室进行详细描述。
如图1-图3所示，本实施例提供一种承载装置，包括顶升机构、加热组件和用于承载晶片10的基座11，其中，基座11包括用于承载晶片的承载面111；顶升机构用于带动晶片10上升至高于承载面111的加热位置，或带动晶片10下降至承载面111上；加热组件贯穿基座11，设置在承载面111上，用于在顶升机构带动晶片10上升至加热位置时，向晶片10输出光能以加热晶片10。
本实施例提供的承载装置，在进行回流工艺时，先借助顶升机构带动晶片10上升至高于基座11的承载面111的加热位置，使晶片10脱离承载面111，再借助加热组件向晶片10输出光能以加热晶片10，即，在本实施例中，晶片10在被加热组件加热时与基座11脱离，这样能够减少晶片10的高温对于基座11的影响，又由于本实施例中的加热组件贯穿基座11设置在承载面111上，这就使得加热组件在对晶片10进行加热时，加热组件发出的光能是直接向晶片10输出，并不需要通过基座11传递，这样能够减少加热组件的高温对于基座11的影响，从而使得基座11在完成一次回流工艺后的温度得到降低，以缩短两次回流工艺之间的时间间隔，因此，本实施例提供的承载装置能够缩短工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。
在本发明的一个实施例中，顶升机构包括至少三个顶针12和用于驱动至少三个顶针12作升降运动的驱动装置13，顶针12贯穿基座11上升或下降，以将晶片10顶升至加热位置或将晶片10降至承载面111。但是，顶升机构的结构并不限于此。
在基座11中设置有供顶针12穿过的多个升降通道，顶针12的数量与升降通道的数量相同，且一一对应的设置在升降通道中，至少三个升降通道沿基座11的周向均间隔分布，以使至少三个顶针12能够平稳的托起晶片10。在进行回流工艺时，驱动装置13驱动至少三个顶针12上升与晶片10接触，并将晶片10上升至高于承载面111的加热位置，在回流工艺结束后，驱动装置13驱动至少三个顶针12降至升降通道中，以将晶片10降至承载面111上。
下面以本实施例提供的承载装置进行铜互连工艺为例进行说明，但是，本实施例提供的承载装置不限于用于铜互连工艺，还可以用于钛、钴等金属的互连工艺。
在铜互连工艺中，首先将待加工的晶片10移入工艺腔室，并放置在基座11的承载面111上进行铜籽晶层沉积步骤，此时加热组件处于关闭状态，即，此时加热组件不向晶片10输出光能，在籽晶层沉积步骤完成后，驱动装置13驱动至少三个顶针12在升降通道中上升，使顶针12的顶端与晶片10的下表面接触，驱动装置13继续驱动至少三个顶针12上升，以将晶片10从基座11上托起，使晶片10的下表面与基座11的承载面111脱离，此时，打开加热组件，通过加热组件向晶片10输出光能，以借助光能对晶片10进行加热，使晶片10中沉积的铜在高温(通常300℃以上)的作用进行铜回流步骤，在铜回流步骤完成后，将该晶片10移出工艺腔室，再将另一片待加工的晶片10移入工艺腔室进行铜互连工艺，由于在铜回流步骤中，晶片10的下表面与基座11的承载面111脱离，这就减少了基座11在回流步骤中受到来自晶片10的高温的影响，使得基座11在回流步骤后的温度相对较低，而由于铜籽晶层沉积步骤只能在相对于铜回流步骤较低的温度进行，通常晶片10需要维持在80℃以下，否则会使晶片10生长的薄膜致密度差，导致后续的步骤生成孔洞，影响产品的良率，因此，通过本实施例提供的承载装置缩短了基座11的冷却时间，即，缩短了在一片待加工晶片10完成工艺后，至另一片待加工晶片10进行铜籽晶层沉积步骤之间的间隔时间，进而缩短铜互连工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。
在本发明的一个实施例中，加热组件包括多条光纤20和光源21，其中，基座11中设置有多个光纤通道22，光纤通道22贯穿基座11；光纤20一一对应地穿设于光纤通道22中，且光纤20与光纤通道22密封连接；多条光纤20均与光源21连接，光源21用于向光纤20提供光能。
具体的，多条光纤20均与光源21连接，以使光源21提供的光能能够传递至光纤20的输出端，光纤通道22贯穿基座11的厚度，一端位于基座11的承载面111上，另一端位于基座11背离承载面111的表面上，光纤20一一对应地穿设于光纤通道22中，且输出端朝上，以使自光纤20的输出端发射的光能经过光纤通道22，直接照射向晶片10的背面，这样一来，光能产生的热量不会再经过基座11传递至晶片10，而是直接发射向晶片10，从而降低基座11在回流步骤后的温度，缩短基座11的冷却时间，进而缩短工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。
在实际应用中，光源21包括卤素灯、氙灯、汞灯和光纤激光器等，但是，光源21的种类并不限于此。
优选的，光源21的输出功率大于1000W，以使光纤20能够将晶片10加热到工艺所需温度。
在实际应用中，光纤20的输出端不高于承载面111。
在本发明的一个实施例中，光纤20的输出端与基座11的承载面111平齐，其中，光纤20的输出端是光纤20用于向晶片10发射光能的一端，将光纤20的输出端设置为与基座11的承载面111平齐，可以避免自光纤20的输出端发射出的光能散射至基座11中，进而降低基座11在回流步骤后的温度。但是，在实际应用中，由于工艺的误差，难以将光纤20的输出端设置为与基座11的承载面111平齐，此时，也可以使光纤20的输出端低于基座11的承载面111，这样还可以避免光纤20的输出端与晶片10发生碰撞导致损坏。
在本实施例中，光纤20的输出端与承载面111的之间的间距的取值范围在0.02mm-0.15mm，即，光纤20的输出端低于承载面111的距离为0.02mm-0.15mm，从而在避免光纤20的输出端与晶片10发生碰撞的前提下，减少自光纤20的输出端发射出的光能散射至基座11的量，进而降低基座11在回流步骤后的温度，但是，光纤20的输出端与承载面111之间的间距并不以此为限。
在本实施例中，多个光纤通道22均匀分布在承载面111上，这样可以使光纤20照射向晶片10的光能的均匀性，提高对晶片10的加热均匀性。在实际应用中，多个光纤通道22可以沿承载面111的径向均匀间隔分布在承载面111上，也可以沿承载面111的周向均匀间隔分布在承载面111上，还可以以同一形状不同径向尺寸均匀间隔分布在承载面111上，但是，多个光纤通道22在承载面111上的分布形式并不限于此。
在本发明的一个实施例中，加热组件还包括光纤分束器和主路光纤，其中，主路光纤分别与光源21和光纤分束器连接，用于将光能传输至光纤分束器中；光纤分束器与各条光纤20连接，用于将光能分配至各条光纤20中。
具体的，光纤分束器是将一根光纤20内的波长、能量、偏振等特性进行重新分配到不同光纤20内的一种器件，在本实施例中，通过主路光纤将光源21中的光能传递至光纤分束器中，借助光纤分束器将自主路光纤传递来的光能分配到各条光纤20中，从而通过多条光纤20输出光能对晶片10进行加热，借助光纤分束器可以使多条光纤20与光源21连接简便，降低成本。
在实际应用中，光纤分束器包括一个一级光纤分束器231和多个二级光纤分束器232；主路光纤包括一条一级主路光纤241和多条二级主路光纤242，其中，一级主路光纤241与光源21和一级光纤分束器231连接，用于将光能传输至一级光纤分束器231中；二级主路光纤242的数量与二级光纤分束器232的数量相同，且一一对应，多个二级主路光纤242均与一级光纤分束器231连接，各个二级主路光纤242用于将一级光纤分束器231中的光能传输至与其对应的二级光纤分束器232中；各个二级光纤分束器232与不同的光纤20连接，用于将光能传输至各个光纤20。
在本实施例中，光纤分束器包括一个一级光纤分束器231和两个二级光纤分束器232，主路光纤包括一条一级主路光纤241和两条二级主路光纤242，其中，一级主路光纤241与光源21和一级光纤分束器231连接，以将光源21提供到光能传输至一级光纤分束器231中，两条二级主路光纤242均与一级光纤分束器231连接，并一一对应的分别与两个二级光纤分束器232连接，一级光纤分束器231用于将自一级主路光纤241传输至其中的光能分配至两条二级主路光纤242中，两条二级主路光纤242分别将自一级光纤分束器231传输至其中的光能一一对应的传输至对应的二级光纤分束器232中，二级光纤分束器232与多条光纤20连接，以将自对应的二级主路光纤242传输至其中的光能分配至各个光纤20中，从而通过多条光纤20输出光能对晶片10进行加热，借助一级光纤分束器231和二级光纤分束器232可以使多条光纤20与光源21的连接更加简便，进一步降低成本。但是，二级光纤分束器232与二级主路光纤242的数量并不限于此。
在本实施例中，承载装置还包括密封罩25，密封罩25罩设在基座11的下方，并与基座11密封连接，且在密封罩25上设置有供多条光纤20穿过的孔，各条光纤20穿过孔对应地设置在光纤通道22中，且多条光纤20均与孔密封连接。
在实际应用中，在晶片10进行工艺加工的过程中，工艺腔室内的气压需要保持稳定，虽然光纤通道22与光纤20之间的是密封连接，但是，不可避免的会由于加工精度、长时间使用或者损坏，造成二者之间的密封连接处出现漏气的情况，借助密封罩25将光纤通道22与光纤20密封在其中，以避免由于光纤通道22与光纤20之间的密封连接处失效，导致气体进入工艺腔室中，从而能够在加工工艺的过程中，保持工艺腔室内的气压稳定。
在本实施例中，基座11包括静电卡盘，在静电卡盘中通畅设置有一导电层，通过在导电层上施加直流电压(DC Voltage)，以提供吸附晶片10的静电力，还可以同时在其上施加射频功率(RF Power)，以在晶片10上施加射频偏压。
在本实施例中，在基座11的下方还设置有冷却水盘261，冷却水盘261用于冷却基座11，从而使基座11始终保持在较低的温度，从而降低基座11在回流步骤后的温度，缩短基座11的冷却时间，进而缩短工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。
具体的，冷却水盘261与基座11焊接在一起，冷却水盘261内部设置有水道，通过与水道连接的进水管路262和回水管路263，使冷却水在冷却水盘261中循环，并在冷却水盘261中设置与光纤通道22对应的通道，以供多条光纤20能够贯穿冷却水盘261，当设置有冷却水盘261时，密封罩25可以设置在冷却水盘261下方，通过将多条光纤20与供多条光纤20贯穿冷却水盘261的通道之间的间隙进行密封，从而对光纤通道22与光纤20之间的的间隙密封，以避免空气由光纤通道22与光纤20之间的的间隙进入工艺腔室中，以在加工工艺的过程中，保持工艺腔室内的气压稳定。
在本实施例中，在基座11中还设置有贯穿基座11的冷却气管264，冷却气管264用于将冷却气体吹向晶片10的背面，以在籽晶层沉积步骤中对晶片10进行冷却。
本实施例还提供一种工艺腔室，在工艺腔室内设置有用于承载晶片10的承载装置，承载装置采用本实施例提供的承载装置，借助本发明提供的承载装置承载晶片10进行工艺，能够缩短工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。
综上所述，本实施例提供的承载装置及工艺腔室能够缩短工艺时间，提高工艺效率，提高工艺产能，降低生产成本。
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)

1.一种承载装置，包括用于承载晶片的基座，其特征在于，还包括顶升机构和加热组件，其中，所述基座包括用于承载所述晶片的承载面；
所述顶升机构用于带动所述晶片上升至高于所述承载面的加热位置，或带动所述晶片下降至所述承载面上；
所述加热组件贯穿所述基座，设置在所述承载面上，用于在所述顶升机构带动所述晶片上升至所述加热位置时，向所述晶片输出光能以加热所述晶片。
2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述加热组件包括多条光纤和光源，其中，
所述基座中设置有多个光纤通道，所述光纤通道贯穿所述基座；所述光纤一一对应地穿设于所述光纤通道中，且所述光纤与所述光纤通道密封连接；
多条所述光纤均与所述光源连接，所述光源用于向所述光纤提供光能。
3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述光纤的输出端不高于所述承载面。
4.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述光纤的输出端与所述承载面之间的间距的取值范围在0.02mm-0.15mm。
5.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，多个所述光纤通道均匀分布在所述承载面上。
6.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述加热组件还包括光纤分束器和主路光纤，其中，所述主路光纤分别与所述光源和所述光纤分束器连接，用于将所述光能传输至所述光纤分束器中；所述光纤分束器与各条所述光纤连接，用于将所述光能分配至各条所述光纤中。
7.根据权利要求6所述的承载装置，其特征在于，所述光纤分束器包括一个一级光纤分束器和多个二级光纤分束器；所述主路光纤包括一条一级主路光纤和多条二级主路光纤，其中，
所述一级主路光纤与所述光源和所述一级光纤分束器连接，用于将所述光能传输至所述一级光纤分束器中；
所述二级主路光纤的数量与所述二级光纤分束器的数量相同，且一一对应，多个所述二级主路光纤均与所述一级光纤分束器连接，各个所述二级主路光纤用于将所述一级光纤分束器中的所述光能传输至与其对应的所述二级光纤分束器中；
各个所述二级光纤分束器与不同的所述光纤连接，用于将所述光能传输至各个所述光纤。
8.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括密封罩，所述密封罩罩设在所述基座的下方，并与所述基座密封连接，且在所述密封罩上设置有供多条所述光纤穿过的孔，各条所述光纤穿过所述孔对应地设置在所述光纤通道中，且多条所述光纤均与所述孔密封连接。
9.根据权利要求1或2所述的承载装置，其特征在于，所述顶升机构包括至少三个顶针和用于驱动所述至少三个顶针作升降运动的驱动装置，所述顶针贯穿所述基座上升或下降，以将所述晶片顶升至所述加热位置或将所述晶片降至所述承载面。
10.一种工艺腔室，其特征在于，在工艺腔室内设置有用于承载晶片的承载装置，所述承载装置采用如权利要求1-9任意一项所述的承载装置。
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