CN110544646A - 加热基座、工艺腔室及退火方法 - Google Patents

加热基座、工艺腔室及退火方法 Download PDF

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Abstract

一种加热基座、工艺腔室及退火方法，加热基座包括基座主体，基座主体的上表面设有多个凸台，基座主体的上表面设有匀流槽，基座主体内设有气体通道，气体通道的一端与匀流槽连通。保护气体可沿环形的匀流槽扩散到基座主体的整个上表面，从而在基座主体的上表面形成气体保护层，防止有机物进入基片与基座主体之间的缝隙，避免基座主体表面污染。

Description

加热基座、工艺腔室及退火方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种加热基座、工艺腔室及退火方法。
背景技术
在后段金属布线工艺过程中，低介电常数(Low-K)的绝缘层会暴露在大气及酸碱药液中，造成介电常数的升高，铜线也会暴露在大气中被氧化，这些都会造成铜布线的RC延时效应大大增加，从而影响器件性能。集成电路制造工艺特征尺寸进入40nm之后，上述影响会因介电常数的进一步减小和铜线宽度的减小而更加显著，甚至会造成器件失效。
为了减弱甚至消除上述影响，集成电路制造工艺特征尺寸进入40nm之后，在后段金属布线中引入了单片退火工艺，通过单片退火，去除低介电常数绝缘层中的水汽、有机物等杂质，还原铜线表面的氧化铜，保证器件的稳定性。
图1显示现有的单片退火工艺腔室。工艺腔室101设有加热上盖103、加热基座106、顶针升降机构105(包括顶针201，波纹管焊接装配件202和气缸203等)、真空系统107、门阀108、进气口109。工艺腔室101在真空环境下，门阀108开启，顶针升降机构105通过气缸203上升到传片位置，机械手102将基片104传送至工艺腔室101内，机械手102下降到低位后缩回，基片104放置于顶针升降机构105的三个顶针201上。加热基座106表面设有凸台，用于支撑基片104，防止基片104与加热基座106之间面接触产生气垫效应，造成位置偏移，如图2所示。
进行退火工艺时，通过加热将基片104中的水汽及有机物(来自低介电常数绝缘层材料及干法刻蚀)挥发出来，大部分挥发出来的水汽和有机物通过真空系统107排出工艺腔室101。典型的退火工艺流程为：基片传送到顶针升降机构上，对工艺腔室进行充气并维持一定压力，顶针升降机构带动基片降到工艺位进行退火，退火完成后顶针升降机构带动基片升到传片位，工艺腔室停止进气并抽真空，基片传送出工艺腔室，退火工艺结束。
由于加热基座106表面设有凸台，其高度一般在0.2～1mm之间，会造成基片104与加热基座106之间存在间隙，部分有机物会沿间隙进入加热基座106和基片104之间，并附着在加热基座106表面，长期累积会造成加热基座表面污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够避免表面污染的加热基座，以及相应的工艺腔室和退火方法。
本发明一方面提出一种加热基座，包括基座主体，所述基座主体的上表面设有多个凸台，所述基座主体的上表面设有匀流槽，所述基座主体内设有气体通道，所述气体通道的一端与所述匀流槽连通。
优选地，所述气体通道沿所述基座主体的轴向设于所述基座主体的中心。
优选地，所述气体通道为多条，多条所述气体通道沿所述基座主体的轴向设置。
优选地，所述基座主体的上表面设有至少一个导气槽，所述气体通道的所述一端通过所述导气槽与所述匀流槽连通。
优选地，所述导气槽的宽度为0.5～5mm，深度为1.5～2.5mm。
优选地，所述匀流槽为环形槽；所述导气槽为多条，多条所述导气槽沿所述匀流槽的径向设置，且沿所述匀流槽的周向均匀分布。
优选地，所述气体通道为多条，多条所述气体通道沿所述基座主体的轴向设置，所述气体通道的所述一端设于所述匀流槽中。
优选地，所述匀流槽的宽度为2～10mm，深度为2～4mm。
本发明另一方面提供一种工艺腔室，包括：
所述的加热基座；以及
顶针升降机构。
本发明再一方面提供一种退火方法，利用所述的工艺腔室，所述方法包括：
将基片传送到所述顶针升降机构上；
对所述工艺腔室进行充气并维持工艺压力；
向所述气体通道内通入保护气体；
通过所述顶针升降机构带动所述基片降到工艺位进行退火；
通过所述顶针升降机构带动所述基片升到传片位；
停止所述工艺腔室的进气，对所述工艺腔室抽真空；
停止通入保护气体；
将所述基片传送出所述工艺腔室。
本发明的有益效果在于：
1、对于加热基座，保护气体可沿匀流槽扩散到基座主体的整个上表面，从而在基座主体的上表面形成气体保护层，防止有机物进入基片与基座主体之间的缝隙，避免基座主体表面污染；
2、退火方法在退火之前向气体通道内通入保护气体，在退火完成工艺腔室抽真空之后停止通入保护气体，可以保证在整个退火过程中，保护气体均能有效地形成保护气体层，避免基座主体表面污染。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1显示现有的单片退火工艺腔室；
图2显示现有的单片退火工艺腔室导致的基片位置偏移；
图3显示根据本发明示例性实施例的加热基座的纵向剖视图；
图4显示根据本发明示例性实施例的加热基座的俯视图。
附图标记说明：
101-工艺腔室，102-机械手，103-加热上盖，104-基片，105-顶针升降机构，106-加热基座，107-真空系统，108-门阀，109-进气口，201-顶针，202-波纹管焊接装配件，203-气缸，301-凸台，302-匀流槽，303-导气槽，304-气体通道，305-基座主体。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种加热基座，包括基座主体，基座主体的上表面设有多个凸台，基座主体的上表面设有匀流槽，基座主体内设有气体通道，气体通道的一端与匀流槽连通。
气体通道的另一端连通至保护气体源，保护气体例如是N2、Ar、He等。保护气体沿气体通道进入与之连通的匀流槽，匀流槽在基座主体的整个上表面环绕设置，可以设为环形或螺旋形等，进入匀流槽的保护气体沿匀流槽扩散到基座主体的整个上表面，从而在基座主体的上表面形成气体保护层，防止有机物进入基片与基座主体之间的缝隙，避免基座主体表面污染。
在一个示例中，匀流槽为圆环形，以利于保护气体均匀扩散至基座主体的整个上表面。
在一个示例中，气体通道沿基座主体的轴向设于基座主体的中心；相应地，基座主体的上表面设有至少一个导气槽，气体通道的一端通过导气槽与匀流槽连通。导气槽为多条，多条导气槽沿匀流槽的径向设置，优选地，多条导气槽沿匀流槽的周向均匀分布。这种设置方式有利于保护气体沿气体通道、导气槽、匀流槽均匀扩散至基座主体的整个上表面，在基座主体上表面有效地形成保护气体层。
在一个示例中，气体通道为多条，多条气体通道沿基座主体的轴向设置。相应地，基座主体的上表面设有至少一个导气槽，气体通道的一端通过导气槽与匀流槽连通。导气槽为多条，多条导气槽沿匀流槽的径向设置，优选地，多条导气槽沿匀流槽的周向均匀分布。保护气体沿各条气体通道进入导气槽，沿导气槽在置于凸台上的基片与基座主体上表面之间扩散，并沿径向流动进入匀流槽，沿环形的匀流槽扩散到基座主体的整个上表面，从而在基座主体的上表面形成气体保护层，防止有机物进入基片与基座主体之间的缝隙，避免基座主体表面污染。气体通道的一端设于匀流槽的径向内侧有利于保护气体向基座主体的边缘扩散，能更有效地在基座主体的上表面形成气体保护层。
在一个示例中，导气槽的宽度为0.5～5mm，深度为1.5～2.5mm。优选地，导气槽的深度为2mm。
在一个示例中，气体通道为多条，所述气体通道沿基座主体的轴向设置，气体通道的所述一端设于匀流槽中。保护气体可沿气体通道直接进入环形的匀流槽，并沿环形的匀流槽扩散到基座主体的整个上表面。
在一个示例中，匀流槽的宽度为2～10mm，深度为2～4mm。优选地，匀流槽的宽度为5mm，深度为3mm。匀流槽的宽度和深度不能设置得过大，以免影响基座主体对基片的加热效果。
本发明实施例还提供一种工艺腔室，包括：
所述的加热基座；以及
顶针升降机构。
其中，与现有技术类似，顶针升降机构包括三个顶针、波纹管焊接装配件和气缸。工艺腔室还设有真空系统、门阀、进气口等。
本发明实施例还提供一种退火方法，利用所述的工艺腔室，所述方法包括：
将基片传送到顶针升降机构上；
对工艺腔室进行充气并维持工艺压力；
向气体通道内通入保护气体；
通过顶针升降机构带动基片降到工艺位进行退火；
通过顶针升降机构带动基片升到传片位；
停止工艺腔室的进气，对工艺腔室抽真空；
停止通入保护气体；
将基片传送出所工艺腔室。
在退火之前，向气体通道内通入保护气体，在退火完成工艺腔室抽真空之后停止通入保护气体，可以保证在整个退火过程中，保护气体在基片与加热基座的基座主体上表面之间形成保护气体层，从而防止有机物进入基片与基座主体之间的缝隙，避免基座主体表面污染。
实施例
图3和图4分别显示根据本发明示例性实施例的加热基座的纵向剖视图和俯视图。如图3和4所示，加热基座包括基座主体305，基座主体305的上表面设有多个凸台301，基座主体305的上表面设有环形的匀流槽302，基座主体内设有气体通道304，气体通道304的一端通过导气槽303与匀流槽302连通。
其中，匀流槽302为圆环形，气体通道304为直线型，沿基座主体305的轴向设于基座主体的中心；导气槽303为多条，多条导气槽303沿匀流槽302的径向设置，且沿匀流槽302的周向均匀分布。导气槽303设于基座主体305的上表面，导气槽303的宽度为0.5～5mm，深度为2mm；匀流槽的宽度为5mm，深度为3mm。
气体通道304的一端通过导气槽303与匀流槽302连通，另一端连通至保护气体源，保护气体例如是N2、Ar、He等。保护气体沿气体通道304进入导气槽303，沿导气槽303在置于凸台301上的基片与基座主体上表面之间扩散，并进入匀流槽302，沿环形的匀流槽302扩散到基座主体305的整个上表面，从而在基座主体305的上表面形成气体保护层，防止有机物进入基片与基座主体之间的缝隙，避免基座主体表面污染。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种加热基座，包括基座主体，所述基座主体的上表面设有多个凸台，其特征在于，所述基座主体的上表面设有匀流槽，所述基座主体内设有气体通道，所述气体通道的一端与所述匀流槽连通。
2.根据权利要求1所述的加热基座，其特征在于，所述气体通道沿所述基座主体的轴向设于所述基座主体的中心。
3.根据权利要求1所述的加热基座，其特征在于，所述气体通道为多条，多条所述气体通道沿所述基座主体的轴向设置。
4.根据权利要求2或3所述的加热基座，其特征在于，所述基座主体的上表面设有至少一个导气槽，所述气体通道的所述一端通过所述导气槽与所述匀流槽连通。
5.根据权利要求4所述的加热基座，其特征在于，所述导气槽的宽度为0.5～5mm，深度为1.5～2.5mm。
6.根据权利要求4所述的加热基座，其特征在于，所述匀流槽为环形槽；所述导气槽为多条，多条所述导气槽沿所述匀流槽的径向设置，且沿所述匀流槽的周向均匀分布。
7.根据权利要求1所述的加热基座，其特征在于，所述气体通道为多条，多条所述气体通道沿所述基座主体的轴向设置，所述气体通道的所述一端设于所述匀流槽中。
8.根据权利要求1所述的加热基座，其特征在于，所述匀流槽的宽度为2～10mm，深度为2～4mm。
9.一种工艺腔室，其特征在于，包括：
根据权利要求1-8中任一项所述的加热基座；以及
顶针升降机构。
10.一种退火方法，利用根据权利要求9所述的工艺腔室，其特征在于，所述方法包括：
将基片传送到所述顶针升降机构上；
对所述工艺腔室进行充气并维持工艺压力；
向所述气体通道内通入保护气体；
通过所述顶针升降机构带动所述基片降到工艺位进行退火；
通过所述顶针升降机构带动所述基片升到传片位；
停止所述工艺腔室的进气，对所述工艺腔室抽真空；
停止通入保护气体；
将所述基片传送出所述工艺腔室。
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