CN110468377B - 腔室及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种腔室及半导体加工设备，在腔室内设置有工艺组件及用于在腔室空闲时烘烤工艺组件的加热装置，还包括温度监控装置，用于监测工艺组件的温度；根据工艺组件的温度，来调节加热装置的输出功率，以将工艺组件的温度维持在目标温度。本发明提供的腔室，其可以避免因工艺组件的温度波动大而造成的颗粒增加，从而可以延长工艺组件清洗周期，提高机台利用率。

Description

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，涉及一种腔室及半导体加工设备。
背景技术
物理气相沉积或溅射沉积技术是在集成电路制造过程中一道非常重要的工艺流程，主要应用于芯片中导线的制作、阻挡层的生成、金属硬掩膜的形成等。在金属硬掩膜的物理气相沉积工艺中，晶片需要依次进行两个步骤：1)去气工艺；2)TiN阻挡层工艺。
TiN阻挡层工艺主要是在晶片上沉积一层TiN薄膜。该工艺一般在高真空的腔室内一个相对密闭的空间中进行，构成这个密闭空间的零件包括靶材、基座和工艺组件等。而且，在腔室空闲时，需要对腔室内的工艺组件进行烘烤。
在进行烘烤的过程中，烘烤功率不同，工艺组件的温度波动较大，例如，若烘烤功率较低，会出现工艺组件温度逐渐升高的现象；若烘烤功率较高，又会出现工艺组件温度逐渐降低的现象。工艺组件的温度波动大会导致工艺组件上粘附物质因热胀冷缩而掉落，从而造成掉落到晶片上的颗粒增加，进而导致工艺组件清洗周期较短，机台利用率降低。
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，提出了一种腔室及半导体加工设备，其可以避免因工艺组件的温度波动大而造成的颗粒增加，从而可以延长工艺组件清洗周期，提高机台利用率。
为实现本发明的目的而提供一种腔室，在所述腔室内设置有工艺组件及用于在腔室空闲时烘烤所述工艺组件的加热装置，还包括温度监控装置，用于监测所述工艺组件的温度；根据所述工艺组件的温度，来调节所述加热装置的输出功率，以将所述工艺组件的温度维持在目标温度。
可选的，所述温度监控装置包括非接触式温度传感器，所述非接触式温度传感器设置在所述腔室的外部，且能够将光信号发送至所述工艺组件所处位置；
在所述腔室的腔室壁且与所述非接触式温度传感器相对应的位置处设置有窗口，所述窗口能够使所述光信号透过。
可选的，所述非接触式温度传感器包括红外温度传感器或者红外热像仪。
可选的，所述窗口所采用的材料包括ZnS或者ZnSe。
可选的，所述温度监控装置还包括位置调节机构，所述位置调节机构用于调节所述非接触式温度传感器发送光信号的方向。
可选的，将所述加热装置的输出功率调节至所述加热装置的额定功率的40％。
可选的，还包括温度控制单元和功率调节单元，其中，
所述温度监控装置监测所述工艺组件的温度，并将所述工艺组件的温度发送至所述温度控制单元；
所述温度控制单元用于计算所述工艺组件的温度与所述目标温度之间的差值，并根据所述差值控制所述功率调节单元调节所述加热装置的输出功率。
可选的，所述工艺组件包括屏蔽环和沉积环，其中，
在所述腔室内设置有基座，所述沉积环环绕在所述基座的周围；
所述屏蔽环的环绕在所述沉积环的周围，并且在所述屏蔽环的内周壁与所述沉积环的外周壁之间具有间隙，所述间隙的径向宽度小于等于0.2mm。
可选的，所述沉积环的上表面包括经表粗糙度处理的环形区域；所述环形区域的宽度大于等于11mm。
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腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的腔室，其通过借助温度监控装置监测工艺组件的温度，并根据工艺组件的温度，来调节加热装置的输出功率，可以将工艺组件的温度维持在目标温度，避免工艺组件的温度波动过大，从而可以有效控制颗粒，进而延长工艺组件清洗周期，提高机台利用率。
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腔室，可以避免因工艺组件的温度波动大而造成的颗粒增加，从而可以延长工艺组件清洗周期，提高机台利用率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的腔室的剖视图；
图2为本发明实施例采用的温度监控装置的原理图；
图3为不同输出功率下屏蔽环的温度波动对比图；
图4为图1中I区域的放大图。
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腔室及半导体加工设备进行详细描述。
请一并参阅图1和图2，本发明实施例提供的腔室1，在其内设置有工艺组件2及用于在腔室空闲时烘烤工艺组件2的加热装置6。其中，在腔室1内设置有基座8。工艺组件2包括内衬21、屏蔽环22和沉积环23，其中，内衬21包括上内衬，下内衬，上内衬用于保护腔室1的侧壁；下内衬用于避免颗粒掉落至腔室1的底部。屏蔽环22用于防止颗粒自下内衬与基座8之间的间隙掉落至腔室1的底部。沉积环23环绕在基座8的周围，用于存储沉积材料。加热装置6用于在腔室空闲时，对腔室1内的工艺组件2进行烘烤。加热装置6例如为灯管。
而且，腔室1还包括温度监控装置3，用于监测工艺组件2的温度。根据工艺组件2的温度，来调节加热装置6的输出功率，以将工艺组件2的温度维持在目标温度。这样，可以避免工艺组件2中的屏蔽环22的温度波动过大，从而可以有效控制颗粒，进而延长工艺组件清洗周期，提高机台利用率。
如图3所示，横坐标为时间；纵坐标为屏蔽环22的温度。四条曲线A至D分别为四种不同输出功率下的温度波动曲线，其中，曲线A为当加热装置6的输出功率设置为额定功率的50％时，屏蔽环22的温度波动曲线；曲线B为当加热装置6的输出功率设置为额定功率的40％时，屏蔽环22的温度波动曲线；曲线C为当加热装置6的输出功率设置为额定功率的20％时，屏蔽环22的温度波动曲线；曲线D为当加热装置6的输出功率设置为额定功率的10％时，屏蔽环22的温度波动曲线。
通过实验发现，当加热装置6的输出功率设置为额定功率的40％时，屏蔽环22的温度波动曲线为曲线B，该曲线B相比于其他曲线A,C和D的温度波动最小，屏蔽环22的温度维持在180℃左右。因此，通过将加热装置6的输出功率调节至加热装置的额定功率的40％，可以将屏蔽环22的温度维持在180℃左右，从而可以保证屏蔽环22的温度波动最小。
在本实施例中，温度监控装置3包括非接触式温度传感器，该非接触式温度传感器设置在腔室1的外部，且能够将光信号发送至工艺组件所处位置。具体地，非接触式温度传感器设置在腔室1的底部腔室壁11下方。并且，在底部腔室壁11中，且与非接触式温度传感器相对应的位置处设置有窗口12，该窗口12能够使光信号透过，从而光信号能够到达工艺组件。在实际应用中，若需要保证屏蔽环22的温度波动最小，则接触式温度传感器将光信号发送至屏蔽环22。非接触式温度传感器包括红外温度传感器或者红外热像仪等等。
可选的，窗口12所采用的材料包括诸如ZnS或者ZnSe等的能够透过红外光的材料制作。
可选的，温度监控装置还包括位置调节机构7，该位置调节机构7用于调节非接触式温度传感器发送光信号的方向。具体地，可以通过调节非接触式温度传感器的探头角度来调节发送光信号的方向。
为了实现工艺组件温度的闭环控制，如图2所示，腔室1还包括温度控制单元4和功率调节单元5，其中，温度监控装置3监测工艺组件2的温度，并将工艺组件2的温度发送至温度控制单元4；温度控制单元4用于计算工艺组件2的温度与目标温度之间的差值，并根据该差值控制功率调节单元5调节加热装置6的输出功率，从而可以自动将工艺组件2的温度维持在目标温度。
在本实施例中，如图4所示，沉积环23环绕在基座8的周围；屏蔽环22的环绕在沉积环23的周围。具体地，在屏蔽环22的内周壁形成有环形凸台221，在基座8位于工艺位置时，该环形凸台221叠置在沉积环23的上表面。在基座8下降时，屏蔽环22由下内衬支撑。
并且，在屏蔽环22的内周壁与沉积环23的外周壁之间具有间隙，该间隙的径向宽度g小于等于0.2mm。通过将间隙的径向宽度g设定在该范围内，可以避免在安装屏蔽环22时，出现屏蔽环22偏心的情况，从而可以避免因屏蔽环22偏心而出现的屏蔽环22与内衬21之间的刮蹭，进而可以减少颗粒的产生。
可选的，沉积环23的上表面包括经表面粗糙度处理的环形区域；该环形区域的宽度s大于等于11mm。通过对沉积环2的局部上表面进行表面粗糙度处理，可以将落在该区域的沉积材料固定住，从而可以减少颗粒。表面粗糙度处理可以采用喷砂或者熔射处理等等。
通过使环形区域的宽度s大于等于11mm，可以降低沉积材料落到未经表面粗糙度处理的区域的风险，从而可以减少颗粒的产生。
综上所述，本发明实施例提供的腔室，其通过借助温度监控装置监测工艺组件的温度，并根据工艺组件的温度，来调节加热装置的输出功率，可以将工艺组件的温度维持在目标温度，避免工艺组件的温度波动过大，从而可以有效控制颗粒，进而延长工艺组件清洗周期，提高机台利用率。
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腔室，可以避免因工艺组件的温度波动大而造成的颗粒增加，从而可以延长工艺组件清洗周期，提高机台利用率。
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)

1.一种腔室，其特征在于，在所述腔室内设置有工艺组件及用于在腔室空闲时烘烤所述工艺组件的加热装置；
所述腔室内设置有可升降的基座；
所述工艺组件包括内衬、屏蔽环及沉积环，所述内衬与所述腔室连接，所述内衬用于保护所述腔室的侧壁以及避免颗粒掉落至所述腔室的底部；所述沉积环环绕在所述基座的周围；当所述基座升至工艺位置时，所述屏蔽环环绕在所述沉积环的周围，以及当所述基座下降时，所述屏蔽环由所述内衬支撑；
温度监控装置，用于监测所述工艺组件的温度；根据所述工艺组件的温度，来调节所述加热装置的输出功率，以将所述工艺组件的温度维持在目标温度。
2.根据权利要求1所述的腔室，其特征在于，所述温度监控装置包括非接触式温度传感器，所述非接触式温度传感器设置在所述腔室的外部，且能够将光信号发送至所述工艺组件所处位置；
在所述腔室的腔室壁且与所述非接触式温度传感器相对应的位置处设置有窗口，所述窗口能够使所述光信号透过。
3.根据权利要求2所述的腔室，其特征在于，所述非接触式温度传感器包括红外温度传感器或者红外热像仪。
4.根据权利要求2所述的腔室，其特征在于，所述窗口所采用的材料包括ZnS或者ZnSe。
5.根据权利要求2所述的腔室，其特征在于，所述温度监控装置还包括位置调节机构，所述位置调节机构用于调节所述非接触式温度传感器发送光信号的方向。
6.根据权利要求1所述的腔室，其特征在于，将所述加热装置的输出功率调节至所述加热装置的额定功率的40％。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的腔室，其特征在于，还包括温度控制单元和功率调节单元，其中，
所述温度监控装置监测所述工艺组件的温度，并将所述工艺组件的温度发送至所述温度控制单元；
所述温度控制单元用于计算所述工艺组件的温度与所述目标温度之间的差值，并根据所述差值控制所述功率调节单元调节所述加热装置的输出功率。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的腔室，其特征在于，所述屏蔽环的内周壁与所述沉积环的外周壁之间具有间隙，所述间隙的径向宽度小于等于0.2mm。
9.根据权利要求8所述的腔室，其特征在于，所述沉积环的上表面包括经表粗糙度处理的环形区域；所述环形区域的宽度大于等于11mm。
10.一种半导体加工设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的腔室。
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