CN111799191A - 半导体晶片处理腔室及半导体处理设备 - Google Patents

半导体晶片处理腔室及半导体处理设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体晶片处理腔室及半导体处理设备，该半导体晶片处理腔室包括腔体、设置在该腔体内可沿竖直方向移动的片盒和设置在腔体内的加热组件，还包括温度检测组件，该温度检测组件的检测部为温度检测板，该温度检测板设置在腔体内，且与腔体固定连接，用于检测腔体的内部温度。本发明提供的半导体晶片处理腔室，其可以解决现有的热电偶的导线连接安全问题。

Description

半导体晶片处理腔室及半导体处理设备
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体晶片处理腔室及半导体处理设备。
背景技术
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称PVD)技术广泛地应用在半导体制造技术领域。在PVD工艺中，通常需要晶片处理工艺，诸如Degas(去气)工艺步骤，用以去除掉晶片在大气中吸附的水蒸气等杂质，清洁晶片的表面，为后续工序提供尽可能干净的晶片。例如图1所示的铜互连PVD工艺流程中即包含该去气工艺步骤。
通常，去气工艺步骤由去气加热系统完成。例如图2就示出了一种传统的去气加热系统，其主要包括真空腔室4、片盒2、升降系统5和光源6。真空腔室4提供了工艺环境，并且在其侧壁上开设有传片口11，用于将晶片传出或者传入真空腔室4；片盒2用于承载多个晶片；升降系统5用于驱动片盒2升降以将片盒2中的放置于不同高度位置的晶片传输到传片口11所对应的高度位置，以便取放片；光源6用于提供热量。
图3为片盒的结构图，如图3所示，片盒主要由顶板21，立柱22和底板23组成，而且，顶板21在片盒升降行程范围内分别始终处于光源6的直射范围内，因此通常将热电偶安装在顶板21上，用以检测光源6围成的空间内的温度，以标定工艺时晶片的温度,使用闭环温度控制系统控制光源6的功率大小来保障腔内环境温度的稳定。
但是，由于片盒是运动的，热电偶的检测端安装在片盒上也是处于运动状态，而热电偶的密封法兰安装在腔室壁上是处于固定不动的状态，这样密封法兰和检测端之间的连接导线就在腔室内处于不受控的运动状态，很容易因碰撞光源6的灯管等高温件而损坏或断裂。为此，一种解决方法是将热电偶的密封法兰安装在片盒升降系统上，这样密封法兰和检测端之间的连接导线相对静止，从而可以避免上述问题。但是这又会出现以下问题，即：由于热电偶的密封法兰随片盒运动，其与腔外的温度控制装置之间的连接导线在腔外随密封法兰的运动而运动，这仍然存在导线的连接安全问题，虽然可以通过清空腔外的导线运动区域来一定程度地提高安全性，但是，当片盒的升降行程很大(例如，大于250mm)时，连接导线在腔外的运动范围就会非常大，很难清空导线运动区域来保障导线运动时的安全。
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，提出了一种半导体晶片处理腔室及半导体处理设备，其可以解决现有的热电偶的导线连接安全问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种半导体晶片处理腔室，包括腔体、设置在该腔体内可沿竖直方向移动的片盒和设置在腔体内的加热组件，还包括温度检测组件，该温度检测组件的检测部为温度检测板，该温度检测板设置在腔体内，且与腔体固定连接，用于检测腔体的内部温度。
其中，温度检测板所采用的材料包括铝合金、铝或者铜。
其中，温度检测板的厚度的取值范围在13mm-17mm。
其中，温度检测板的重量的取值范围在2Kg～2.5Kg。
其中，温度检测组件还包括隔热板，隔热板设置在温度检测板与腔体之间，且分别与二者固定连接。
其中，隔热板与腔体之间的接触面积小于温度检测板与腔体相对的表面面积。
其中，隔热板所采用的材料包括钛合金。
其中，腔体的侧壁上开设有传片口，该传片口用作晶片传入或传出腔体的通道；腔体以该传片口为界分为第一腔体和第二腔体；
加热组件包括第一光源件和第二光源件，第一光源件沿第一腔体的周向而环绕第一腔体设置于第一腔体的侧壁的内侧；第二光源件沿第二腔体的周向而环绕第二腔体设置于第二腔体的侧壁的内侧；
片盒能在第一光源件和第二光源件围成的空间内移动；第一光源件和第二光源件用于对片盒内的晶片进行加热；
温度检测板为两个，且分别位于片盒的上方和下方，用于分别检测第一光源件和第二光源件各自围成的空间内的温度。
其中，当所述片盒在最高位置时，位于片盒上方的温度检测板与所述片盒的顶板之间的竖直间距大于或等于30cm；当片盒在最低位置时，位于片盒下方的温度检测板与片盒的底板之间的竖直间距大于或等于30cm。
其中，加热组件还包括第一反光筒和第二反光筒，第一反光筒位于第一腔体和第一光源件之间；第二反光筒位于第二腔体和第二光源件之间；第一反光筒和所述第二反光筒用于将照射到其上的光线向片盒内的晶片反射。
其中，加热组件还包括第一反光板和第二反光板，第一反光板盖合在第一反光筒的远离传片口的一端，第二反光板盖合在第二反光筒的远离传片口的一端；第一反光板和第二反光板用于将照射到其上的光线向片盒反射。
其中，两个温度检测板分别位于第一反光板的下方和第二反光板的上方。
其中，半导体晶片处理腔室包括去气腔室。
作为又一方面，本发明还提供一种半导体处理设备，包括本发明前述任意一方案的半导体晶片处理腔室。
本发明的有益效果：
本发明提供的半导体晶片处理腔室，其通过将温度检测板设置在腔体内，且与该腔体固定连接，可以使温度检测板与片盒相分离，从而无论是腔内的连接导线还是腔外的连接导线均是固定不动的，不会受到片盒运动的影响，进而可以解决温度检测组件的导线连接安全问题。同时，温度检测板作为温度检测组件的检测部检测腔体的内部温度，其相对于诸如红外检测等其他测温方式精度较高，因此即使温度检测板未与片盒直接接触，也可以通过计算温差准确得获得片盒温度，从而可以实现对工艺时晶片温度的标定。
本发明提供的半导体处理设备，其通过采用本发明提供的上述半导体晶片处理腔室，可以解决温度检测组件的导线连接安全问题。
附图说明
图1为现有技术中铜互连PVD工艺流程的示意图；
图2为现有技术中去气腔室的结构剖视图；
图3为片盒的结构图；
图4为本发明第一实施例提供的半导体晶片处理腔室的结构剖视图；
图5为本发明第二实施例提供的半导体晶片处理腔室的结构剖视图。
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，下面结合附图对本发明提供的半导体晶片处理腔室及半导体处理设备进行详细描述。
请参阅图4，本发明第一实施例提供的半导体晶片处理腔室，其包括腔体31、设置在该腔体31内的片盒33和设置在该腔体31内的加热组件32，其中，加热组件32包括光源件，用于对片盒33内的晶片进行加热，在本实施例中，光源件为沿腔体31的周向而环绕腔体31设置于其侧壁的内侧。片盒33与腔体31外部的升降系统36连接，在升降系统36的驱动下，片盒33可沿竖直方向移动，以能够上升至光源件围成的空间321内的最高位置；或者，下降至位于该空间321下方的最低位置，该最低位置的高度与开设在腔体31的侧壁上的传片口311的高度一致，以使机械手能够通过该传片口311将晶片放入位于最低位置上的片盒33中，或者自该片盒33取出晶片。
在本实施例中，半导体晶片处理腔室还包括温度检测组件，该温度检测组件的检测部为温度检测板34，该温度检测板34设置在腔体31内，且与该腔体31固定连接，用于检测腔体31的内部温度。容易理解，温度检测组件的检测部的作用与热电偶的热电极或者热电偶丝的作用相类似，均是用于将热能转换为电能，并传递至温度检测组件的测量电路；或者，也可以是热电偶的热电极或者热电偶丝与温度检测板34连接，即，热电偶的热电极或者热电偶丝通过该温度检测板34进行热能的转换，也就是说，热电偶的热电极或者热电偶丝以及温度检测板34均起到热能的转换的作用。另外，温度检测组件的诸如测量电路等的其他测温结构的作用也与现有的如热电偶的测温元件相类似。
通过将温度检测板34设置在腔体31内，且与该腔体31固定连接，可以使温度检测板34与片盒33相分离，从而无论是腔内的连接导线还是腔外的连接导线均是固定不动的，不会受到片盒运动的影响，进而可以解决温度检测组件的导线连接安全问题。同时，温度检测板34作为温度检测组件的检测部检测腔体31的内部温度，其相对于诸如红外检测等其他测温方式精度较高，因此即使温度检测板34未与片盒33直接接触，也可以通过计算温差准确得获得片盒33温度，从而可以实现对工艺时晶片温度的标定。
在本实施例中，温度检测板34位于光源件围成的空间321内，以保证温度检测板34能够处于片盒33所在的高温环境中，从而可以减小检测到的温度与片盒33的实际温度之间的差异。
可选的，温度检测板34选用导热性较好的材料制作，例如铝合金、铝或者铜等等。优选铝合金，其不仅导热性好，而且造价低。
可选的，温度检测板34的厚度的取值范围在13mm-17mm。通过将厚度控制在该范围内，既可以避免因温度检测板34的厚度过小而导致热容量小、散热太快，又可以避免因温度检测板34的厚度过大而导致热容量大，重量过大，从而可以准确地反映晶片的温度。
可选的，温度检测板34的重量的取值范围在2Kg～2.5Kg。由于重量过大或过小均会导致热容量过大或过小，因此，通过将重量控制在该范围内，可以保证温度检测板34能够准确地反映晶片的温度。
需要说明的是，为了提高导热效率，在腔体31的内部空间的现有条件下，同时在温度检测板34的厚度和重量满足要求的前提下，可尽可能地增大温度检测板34的表面积。
在本实施例中，温度检测组件还包括隔热板35，该隔热板35设置在温度检测板34与腔体31之间，且分别与二者固定连接。借助隔热板35，可以减少温度检测板34的热量损失，从而可以进一步提高温度检测板34的检测准确度。优选的，隔热板35与腔体31之间的接触面积小于温度检测板34与腔体31相对的表面面积。由于接触面积越小，热传递效率越低，因此，通过使隔热板35与腔体31之间的接触面积小于温度检测板34与腔体31相对的表面面积，可以减少温度检测板34的热量损失，从而可以进一步提高温度检测板34的检测准确度。当然，在实际应用中，隔热板35也可以采用其他隔热结构，或者在使隔热板35与腔体31之间的接触面积小于温度检测板34与腔体31相对的表面面积的基础上，附加其他隔热结构，例如，隔热板35采用诸如钛合金等的隔热材料制作。
在实际应用中，隔热板35与腔体31之间及隔热板35与温度检测板34之间可以采用常用的可拆卸方式固定连接，例如，螺钉连接或者卡接等等。当然，也可以采用不可拆卸的方式连接。
在本实施例中，温度检测板34为一个，且位于片盒33的上方，并且温度检测板34与片盒33的顶板之间的竖直间距为d，当片盒33上升至光源件围成的空间321内的最高位置时，该竖直间距d最小。优选的，该竖直间距d大于或等于30cm，这可以避免因片盒33距离温度检测板34过近而遮挡光源件辐射至温度检测板34的热量，从而可以避免温度检测板34检测的温度产生偏差。
需要说明的是，在本实施例中，加热组件32为环体，且片盒33通过作上升运动移入光源件围成的空间321内的最高位置。针对该情况，温度检测板34为一个，且位于片盒33的上方。但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，加热组件32还可以采用其他结构，此时仅需对温度检测板34的位置、形状和尺寸等进行适应性设计，以实现对片盒所处的高温环境的温度进行检测即可。
可选的，本发明中半导体晶片处理腔室包括去气腔室。
请参阅图5，本发明第二实施例提供的半导体晶片处理腔室，其与上述第一实施例相比，同样包括腔体41、片盒43、加热组件和温度检测组件。下面仅对本实施例与上述第一实施例之间的区别进行详细描述。
具体地，在本实施例中，腔体41的侧壁上开设有传片口411，该传片口411用作晶片传入或传出腔体41的通道；腔体41以传片口411为界分为第一腔体和位于其下方的第二腔体；并且，加热组件包括第一光源件42a和第二光源件42b，第一光源件42a沿第一腔体的周向而环绕第一腔体设置于第一腔体的侧壁的内侧；第二光源件42b沿第二腔体的周向而环绕第二腔体设置于第二腔体的侧壁的内侧。
在升降系统46的驱动下，片盒43能在第一光源件42a围成的第一空间421a内和第二光源件42b围成的第二空间421b内移动；第一光源件42a和第二光源件42b用于对片盒43内的晶片进行加热。
在本实施例中，温度检测板为两个，分别为位于片盒43的上方的第一温度检测板44a和位于片盒43的下方的第二温度检测板44b，用于分别检测第一空间421a和第二空间421b内的温度。由此，无论片盒43是位于第一空间421a内，还是位于第二空间421b内，均可以借助两个温度检测板准确得获得片盒33温度，从而可以实现对工艺时晶片温度的标定。
优选的，当片盒33上升至第一空间421a内的最高位置时，第一温度检测板44a与片盒33的顶板之间的竖直间距d1大于或等于30cm；同样的，当片盒33下降至第二空间421b内的最低位置时，第二温度检测板44b与片盒33的顶板之间的竖直间距d2大于或等于30cm。这样，可以避免因片盒33距离温度检测板过近而遮挡光源件辐射至温度检测板的热量，从而可以避免温度检测板检测的温度产生偏差。
在本实施例中，优选的，加热组件还包括第一反光筒47a和第二反光筒47b，第一反光筒47a位于第一腔体和第一光源件42a之间；第二反光筒47b位于第二腔体和第二光源件42b之间；并且，第一反光筒47a和第二反光筒47b用于将照射到其上的光线向片盒43内的晶片反射，从而可以提高加热效率，减少热量损失。
在本实施例中，优选的，加热组件还包括第一反光板48a和第二反光板48b，第一反光板48a盖合在第一反光筒47a的远离传片口411的一端(即，上端)，第二反光板48b盖合在第二反光筒47b的远离传片口411的一端(即，下端)；第一反光板48a和第二反光板48b用于将照射到其上的光线向片盒43反射，从而可以进一步提高加热效率，减少热量损失。
优选的，第一温度检测板44a位于第一反光板48a的下方，这样，第一温度检测板44a能够置于由第一反光板48a和第一反光筒47a围成的高温环境中，从而可以避免与腔体41发生热辐射交换，进而可以进一步提高第一温度检测板44a的检测准确度。同样的，第二温度检测板44b位于第二反光板48b的下方，这样，第二温度检测板44b能够置于由第二反光板48b和第二反光筒47b围成的高温环境中，从而可以避免与腔体41发生热辐射交换，进而可以进一步提高第二温度检测板44b的检测准确度。
在本实施例中，温度检测组件还包括两个隔热板，分别为第一隔热板45a和第二隔热板45b，第一隔热板45a设置在第一温度检测板44a与腔体41之间，且分别与二者固定连接；第二隔热板45b设置在第二温度检测板44b与腔体41之间，且分别与二者固定连接。借助隔热板，可以减少温度检测板的热量损失，从而可以进一步提高温度检测板34的检测准确度。
在本实施例中，第一隔热板45a和第二隔热板45b分别贯穿第一反光板48a和第二反光板48b设置。
本实施例提供的半导体晶片处理腔室的其他结构与上述第一实施例相类似，由于在上述第一实施例中已有了详细描述，在此不再赘述。
综上所述，本发明上述各个实施例提供的半导体晶片处理腔室，其通过将温度检测板设置在腔体内，且与该腔体固定连接，可以使温度检测板与片盒相分离，从而无论是腔内的连接导线还是腔外的连接导线均是固定不动的，不会受到片盒运动的影响，进而可以解决温度检测组件的导线连接安全问题。同时，温度检测板作为温度检测组件的检测部检测腔体的内部温度，其相对于诸如红外检测等其他测温方式精度较高，因此即使温度检测板未与片盒直接接触，也可以通过计算温差准确得获得片盒温度，从而可以实现对工艺时晶片温度的标定。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体处理设备，其包括本发明上述各个实施例提供的半导体晶片处理腔室。
本发明实施例提供的半导体处理设备，其通过采用本发明上述各个实施例提供的半导体晶片处理腔室，可以解决温度检测组件的导线连接安全问题。
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 (14)

1.一种半导体晶片处理腔室，包括腔体、设置在所述腔体内可沿竖直方向移动的片盒和设置在所述腔体内的加热组件，其特征在于，还包括温度检测组件，所述温度检测组件的检测部为温度检测板，所述温度检测板设置在所述腔体内，且与所述腔体固定连接，用于检测所述腔体的内部温度。
2.根据权利要求1所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，所述温度检测板所采用的材料包括铝合金、铝或者铜。
3.根据权利要求1所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，所述温度检测板的厚度的取值范围在13mm-17mm。
4.根据权利要求1所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，所述温度检测板的重量的取值范围在2Kg～2.5Kg。
5.根据权利要求1所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，所述温度检测组件还包括隔热板，所述隔热板设置在所述温度检测板与所述腔体之间，且分别与二者固定连接。
6.根据权利要求5所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，所述隔热板与所述腔体之间的接触面积小于所述温度检测板与所述腔体相对的表面面积。
7.根据权利要求5所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，所述隔热板所采用的材料包括钛合金。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，所述腔体的侧壁上开设有传片口，所述传片口用作所述晶片传入或传出所述腔体的通道；所述腔体以所述传片口为界分为第一腔体和第二腔体；
所述加热组件包括第一光源件和第二光源件，所述第一光源件沿所述第一腔体的周向而环绕所述第一腔体设置于所述第一腔体的侧壁的内侧；所述第二光源件沿所述第二腔体的周向而环绕所述第二腔体设置于所述第二腔体的侧壁的内侧；
所述片盒能在所述第一光源件和所述第二光源件围成的空间内移动；所述第一光源件和所述第二光源件用于对所述片盒内的所述晶片进行加热；
所述温度检测板为两个，且分别位于所述片盒的上方和下方，用于分别检测所述第一光源件和所述第二光源件各自围成的空间内的温度。
9.根据权利要求8所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，当所述片盒在最高位置时，位于所述片盒上方的所述温度检测板与所述片盒的顶板之间的竖直间距大于或等于30cm；当所述片盒在最低位置时，位于所述片盒下方的所述温度检测板与所述片盒的底板之间的竖直间距大于或等于30cm。
10.根据权利要求8所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，所述加热组件还包括第一反光筒和第二反光筒，所述第一反光筒位于所述第一腔体和所述第一光源件之间；所述第二反光筒位于所述第二腔体和所述第二光源件之间；
所述第一反光筒和所述第二反光筒用于将照射到其上的光线向所述片盒内的所述晶片反射。
11.根据权利要求10所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，所述加热组件还包括第一反光板和第二反光板，所述第一反光板盖合在所述第一反光筒的远离所述传片口的一端，所述第二反光板盖合在所述第二反光筒的远离所述传片口的一端；
所述第一反光板和所述第二反光板用于将照射到其上的光线向所述片盒反射。
12.根据权利要求11所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，两个所述温度检测板分别位于所述第一反光板的下方和所述第二反光板的上方。
13.根据权利要求1所述的半导体晶片处理腔室，其特征在于，半导体晶片处理腔室包括去气腔室。
14.一种半导体处理设备，其特征在于，包括权利要求1-13任意一项所述的半导体晶片处理腔室。
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