CN112331609A - 半导体工艺设备中的加热基座及半导体工艺设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种半导体工艺设备中的加热基座及半导体工艺设备，该加热基座用于支撑被加工工件，包括基座主体，还包括设置在基座主体上的边缘支撑件和弹性支撑件，其中：边缘支撑件呈环状，设置在所述基座主体的边缘处，边缘支撑件的内径小于被加工工件的直径，边缘支撑件的上表面高于基座主体的上表面；弹性支撑件位于边缘支撑件的内侧，弹性支撑件的上端在处于原始状态时高于边缘支撑件的上表面，在被加工工件的压力作用下能够产生弹性形变，使被加工工件与边缘支撑件的上表面相接触；并且，弹性支撑件被设置为与被加工工件点接触或线接触。应用本申请可以在对晶片稳定支撑的基础上，减少晶片与基座的接触面积，提高晶片加热过程中的热均匀性。

Description

半导体工艺设备中的加热基座及半导体工艺设备
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种的半导体工艺设备中的加热基座及半导体工艺设备。
背景技术
钨塞(W-plug)是当代半导体行业中广泛应用的一道工艺，它将金属钨填充于孔洞(Via)或沟槽(Trench)中，利用金属钨的良好导电性和抗电迁移特性，最终实现了前道器件与后道金属互联之间可靠电导通的工艺需求。
目前，主要通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)工艺沉积一定厚度的钨，在CVD工艺过程中，通常采用背吹吸附的方式将晶片固定在基座上。现有技术中，在基座中心位置设置基座的背吹孔，在基座上表面围绕基座中心开设多个凹槽，所有凹槽与背吹孔连通。使用该基座给晶片进行加热时，两个相邻凹槽之间的部位作为固体传热介质对晶片进行加热，凹槽部位则是气体对晶片进行加热，所以，在晶片加热过程中，固体与固体传热和气体与固体传热同时存在，可能会导致晶片下表面出现受热不均，影响工艺效果等，并且该基座的结构复杂，加工难度大，成本高。
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，提出了一种的半导体工艺设备中的加热基座及半导体工艺设备，其可以在对晶片稳定支撑的基础上，减少晶片与加热基座的接触面积，提高晶片加热过程中的热均匀性。
为实现本发明的目的，第一方面提供一种半导体工艺设备中的加热基座，用于支撑被加工工件，所述加热基座包括基座主体，还包括设置在所述基座主体上的边缘支撑件和弹性支撑件，其中：
所述边缘支撑件呈环状，设置在所述基座主体的边缘处，所述边缘支撑件的内径小于被加工工件的直径，所述边缘支撑件的上表面高于所述基座主体的上表面；
所述弹性支撑件位于所述边缘支撑件的内侧，且所述弹性支撑件的上端在处于原始状态时高于所述边缘支撑件的上表面，所述弹性支撑件在所述被加工工件的压力作用下能够产生弹性形变，使所述被加工工件与所述边缘支撑件的上表面相接触；并且，所述弹性支撑件被设置为与所述被加工工件点接触或线接触。
可选地，所述弹性支撑件与所述被加工工件接触的接触面为弧面，所述弧面被设置为与所述被加工工件点接触或线接触。
可选地，所述弹性支撑件包括间隔设置的多个支撑片，各个所述支撑片均呈弧状。
可选地，在所述基座主体的上表面上设置有多个限位槽，多个个所述支撑片一一对应地设置在多个所述限位槽中。
可选地，多个所述限位槽相对于所述基座主体上表面的中心均匀分布。
可选地，所述基座主体的上表面呈圆形，所述限位槽的中心与所述基座主体上表面的中心之间的距离为所述基座主体上表面半径的三分之一至二分之一；所述限位槽为矩形槽，且所述限位槽的长度方向沿所述基座主体的上表面的径向设置，且所述限位槽的长度为所述基座主体上表面半径的四分之一至三分之一。
可选地，所述支撑片的横截面形状为半圆形、圆弧形或者半椭圆形；并且，所述支撑片设置在所述限位槽的中部，所述支撑片的长度小于所述限位槽的长度，所述支撑片的宽度小于所述限位槽的宽度。
可选地，所述基座主体中设置有可升降的传片组件，用于带动所述被加工工件升降。
可选地，所述边缘支撑件与所述基座主体一体成型，且所述边缘支撑件的内径比被加工工件的直径小20mm～40mm。
为实现本发明的目的，另一方面提供一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室内的加热基座和背吹管路，所述加热基座采用第一方面所述的加热基座；所述背吹管路的一端设置在所述基座主体的上表面，且位于所述边缘支撑件的内侧，用以使所述被加工工件被吸附固定在所述边缘支撑件的上表面。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的半导体工艺设备中的加热基座，除了包括基座主体之外，还包括边缘支撑件和弹性支撑件，且弹性支撑件的上端在处于原始状态时高于边缘支撑件的上表面，可以在晶片的压力作用下产生弹性形变，使晶片被固定在加热基座上时，晶片的边缘区域能够与边缘支撑件的上表面近似线性接触，同时，晶片的非边缘区域(除边缘区域以外的区域)也与弹性支撑件点接触或线接触，从而可以大幅度减小加热基座与晶片的接触面积(与现有技术中基座上表面开设多个凹槽的方案相比，加热基座与晶片的接触面积减小了75％～85％)，使得通过该加热基座对晶片进行加热时，可看做仅通过气体向晶片传递热量，从而比现有技术中的传热方式更加均匀。且同时采用边缘支撑件和弹性支撑件对晶片进行接触支撑，可以在对晶片进行加热的同时，保证对晶片的稳定支撑和固定。
附图说明
图1为本申请实施例提供的半导体工艺设备中加热基座的俯视结构示意图；
图2为图1中弹性支撑件为初始状态时的A-A处的剖视结构示意图；
图3为图1中弹性支撑件为压缩状态时的A-A处的剖视结构示意图；
图4为本申请实施例提供的半导体工艺设备(A-A方向)的局部剖视结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也可包括复数形式。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
下面结合附图以具体的实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
请参阅图1-图3，为本实施例提供的半导体工艺设备中加热基座的结构示意图，该加热基座可设置在半导体工艺设备的工艺腔室中，用于支撑被加工工件。该加热基座可以包括基座主体10、设置在基座主体10上的边缘支撑件20和弹性支撑件30。其中：边缘支撑件20呈环状，设置在基座主体10的边缘处，边缘支撑件20的内径小于被加工工件的直径，边缘支撑件20的上表面高于基座主体10的上表面；弹性支撑件30位于边缘支撑件20的内侧，且弹性支撑件30的上端在处于原始状态时高于边缘支撑件20的上表面，弹性支撑件30在被加工工件的压力作用下能够产生弹性形变，使被加工工件与边缘支撑件20的上表面相接触；并且，弹性支撑件30被设置为与被加工工件点接触或线接触。
在本实施例中，上述加热基座可以但不限于应用在进行CVD工艺的反应腔室中，可用于需要对被加工工件进行加热的沉积过程，如钨的沉积。且由于采用CVD工艺沉积钨的工艺温度通常较高，则反应腔室及加热基座内的气体温度均较高，所以上述弹性支撑件30及边缘支撑件20均可以为耐高温的陶瓷材质。上述被加工工件可以但不限于是晶片40(本实施例中以晶片40为例进行具体说明)，该加热基座对晶片40的固定方式可以但不限于是真空吸附式(如也可以采用机械固定，只要能够使晶片40固定在加热基座的上表面即可)。上述边缘支撑件20呈环状，且设置在基座主体10的边缘处，可以理解为边缘支撑件20与晶片40也是线接触。
本实施例提供的加热基座，除了包括基座主体10之外，还包括边缘支撑件20和弹性支撑件30，且弹性支撑件30的上端在处于原始状态时高于边缘支撑件20的上表面，可以在晶片40的压力作用下产生弹性形变，使晶片40被固定在加热基座上时，晶片40的边缘区域能够与边缘支撑件20的上表面近似线性接触，同时，晶片40的非边缘区域(除边缘区域以外的区域)也与弹性支撑件30点接触或线接触，从而可以大幅度减小加热基座与晶片40的接触面积(与现有技术中基座上表面开设多个凹槽的方案相比，加热基座与晶片40的接触面积减小了75％～85％)，使得通过该加热基座对晶片40进行加热时，可看做仅通过气体向晶片40传递热量，从而比现有技术中的传热方式更加均匀。且同时采用边缘支撑件20和弹性支撑件30对晶片40进行接触支撑，可以在对晶片40进行加热的同时，保证对晶片40的稳定支撑和固定。
于本实施例一具体实施方式中，弹性支撑件30与被加工工件接触的接触面可以为弧面，弧面被设置为与被加工工件点接触或线接触，以实现弹性支撑件30与晶片40的点接触或线接触，且弧面便于加工，可实施性较高。
具体地，弹性支撑件30可以包括间隔设置的多个支撑片，各个支撑片可均呈弧状，弧状支撑件能够在被加工工件的压力作用下产生弹性形变，该弹性形变可以但不限于为支撑片曲率半径的变化。支撑片具体可采用片状型材，通过折弯或其它工艺加工形成弧状，在工艺要求的加热温度不是很高时，支撑片也可以采用金属材质。
进一步地，可以在基座主体10的上表面上设置多个限位槽11，将多个支撑片一一对应地设置在多个限位槽11中，通过限位槽11对支撑片进行限位，防止支撑片在真空吸附作用下发生位移，以增强支撑片的支撑稳定性。
优选地，多个限位槽11可相对于基座主体10的上表面的中心均匀分布。即多个限位槽11的中心在基座主体10的上表面上的正投影可以均匀分布在以基座主体10的上表面的中心为圆心、具有指定半径S的圆周上，从而将多个支撑片更加均匀地设置在基座主体10上，以进一步提高支撑片对晶片40的支撑稳定性。
其中，如图1所示，基座主体10的上表面可以呈圆形，上述指定半径S，即限位槽11的中心与基座主体10上表面的中心之间的距离，可以为基座主体10上表面半径R的三分之一至二分之一；各个限位槽11可以均为矩形槽，且限位槽11的长度方向可以沿基座主体10的上表面的径向设置，限位槽11的长度可以为基座主体10的上表面半径R的四分之一至三分之一，如此可将支撑片均匀地设置在基座主体10上表面的中部，使晶片40具有良好的支撑，防止晶片40在采用真空吸附固定时在真空压力作用下发生形变(真空吸附可采用背吹管路，背吹管路通常设置在基座主体10的中心处，则晶片40的中心区域受到的真空吸附压力较边缘略大)。且限位槽11的长度适当，可以为基座主体10的上表面半径R的四分之一至三分之一，如此即能起到很好地支撑作用，又可减小支撑片与晶片40之间的接触面积。
于本实施例另一具体实施方式中，如图1所示，支撑片可以为四个(限位槽11也为四个)，各个支撑片(如图2-4所示的纸面方向)横截面形状可以为半圆形、圆弧形或者半椭圆形。并且，各个支撑片设置在限位槽11的中部，支撑片的长度小于限位槽11的长度，支撑片的宽度小于限位槽11的宽度，即支撑片可为拱形结构，该拱形结构的两条底边与基座主体10相接触，顶部与晶片40相接触，实现了较为稳固的三角支撑结构，使得支撑片的结构和支撑作用都更加稳定，可防止支撑片在晶片40压力(晶片40被固定时产生的向下的压力)发生移动或非弹性变形，甚至使支撑片的弹性失效等。且该结构的支撑片较为规则，便于加工。另外，支撑片与限位槽11之间具有间隙，以使得支撑片在受到晶片40的压力时，其与基座主体10接触的底边可以向两侧滑动，支撑片的曲率半径发生变化，从而产生弹性形变。
优选地，如图1和图2所示，支撑片的长边L2可以比限位槽11的长边L1小1-2mm(毫米)，支撑片的短边W2可以比限位槽11的短边W1小2-4mm，即支撑片的长度方向的两侧分别与限位槽11边缘的间隙为0.5-1mm，以容纳支撑片的弹性形变，避免支撑片与限位槽11边缘干涉；而支撑片的宽度方向的两端分别与限位槽11边缘的间隙为1-2mm，以便于将支撑片放置在限位槽11中。
需要说明的是，上述将支撑片设置在限位槽11中的技术方案只是本实施例的一种实施方式，本实施例并不以此为限，例如，也可以将支撑片直接设置于基座主体10的上表面，为了提高支撑片的支撑稳定性，可以将支撑片与基座主体10连接，并使支撑片能够在基座主体10的上表面进行少量移动，以适应支撑片的弹性变形。且多个支撑片在基座主体10的上表面的布局方式可参照上述限位槽11的布局方式，以实现多个支撑片的均匀支撑。
于本实施例另一具体实施方式中，边缘支撑件20可以与基座主体10采用金属一体成型，以减少机械装配，便于加工和工艺实施。边缘支撑件20的内径可以比被加工工件的直径小20mm～40mm，使得在采用真空吸附方式固定晶片40时，边缘支撑件20可以对晶片40边缘有一定的支撑。例如，基座主体10的材质可以为铝，可采用一尺寸适当的圆柱铝型材，在其中间加工一圆槽，形成圆槽的环状结构即为边缘支撑件20，圆柱铝型材的剩余结构即为基座主体10，圆槽的底面即为基座主体10的上表面，支撑片及限位槽11即设于该圆槽的底面。
于本实施例另一具体实施方式中，基座主体10中还可以设置有可升降的传片组件，用于带动晶片40升降，机械手可将晶片40传送到传片组件上，传片组件进行升降从而将晶片带至合适的位置，以便于晶片40的传入和传出。其中，传片组件可以包括多个可升降的顶针12。
基于上述加热基座相同的构思，如图4所示，本实施例还提供一种半导体工艺腔室，包括工艺腔室400和设置在工艺腔室400内的加热基座和背吹管路200，加热基座采用上述任一实施方式的加热基座；背吹管路200的一端201设置在基座主体10的上表面，且位于边缘支撑件20的内侧，用以使晶片40上表面的压强大于下表面的压强(例如通过抽气)，从而使被加工工件(如晶片40)被吸附固定在边缘支撑件20的上表面。
在本实施例中，该半导体工艺腔室还配设工艺气体管路300，采用上述半导体工艺腔室对晶片40进行加热的原理及过程可以如下：通过机械手将晶片40传送到加热基座的顶针12上，此时如图4所示，晶片40未与加热基座接触，然后顶针12带着晶片40下降，如图2所示，使晶片40与加热基座的四个支撑片接触，此时，晶片40的下表面与边缘支撑件20的上表面之间可以具有0.1mm～0.2mm的缝隙(如图2中的h)，然后通过工艺气体管路300将工艺气体进入工艺腔室400内，并持续通入，同时启动背吹工艺(吸附)，打开背吹管路200的气动阀210，进行抽气，使晶片40上表面的压强大于下表面的压强，则由于晶片40上下表面的压强差，使得晶片40紧贴支撑片，支撑片在晶片40的压力作用下则发生弹性形变，晶片40继续下降，直至如图3所示，晶片40的下表面与边缘支撑件20的上表面接触紧贴。
本实施例提供的半导体工艺腔室，包括工艺腔室400和设置在工艺腔室400内的加热基座和背吹管路200，其加热基座除了包括基座主体10之外，还包括边缘支撑件20和弹性支撑件30，且弹性支撑件30的上端在处于原始状态时高于边缘支撑件20的上表面，可以在晶片40的压力作用下产生弹性形变，使晶片40被吸附在加热基座上时，晶片40的边缘区域能够与边缘支撑件20的上表面近似线性接触，同时，晶片40的非边缘区域(除边缘区域以外的区域)也与弹性支撑件30点接触或线接触，从而可以大幅度减小加热基座与晶片40的接触面积(与现有技术中基座上表面开设多个凹槽的方案相比，加热基座与晶片40的接触面积减小了75％～85％)，使得通过该加热基座对晶片40进行加热时，可看做仅通过气体向晶片40传递热量，从而比现有技术中的传热方式更加均匀。且同时采用边缘支撑件20和弹性支撑件30对晶片40进行接触支撑，可以在对晶片40进行加热的同时，保证对晶片40的稳定支撑和固定。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本申请的原理而采用的示例性实施方式，然而本申请并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本申请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申请的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体工艺设备中的加热基座，用于支撑被加工工件，所述加热基座包括基座主体，其特征在于，还包括设置在所述基座主体上的边缘支撑件和弹性支撑件，其中：
所述边缘支撑件呈环状，设置在所述基座主体的边缘处，所述边缘支撑件的内径小于所述被加工工件的直径，所述边缘支撑件的上表面高于所述基座主体的上表面；
所述弹性支撑件位于所述边缘支撑件的内侧，且所述弹性支撑件的上端在处于原始状态时高于所述边缘支撑件的上表面，所述弹性支撑件在所述被加工工件的压力作用下能够产生弹性形变，使所述被加工工件与所述边缘支撑件的上表面相接触；并且，所述弹性支撑件被设置为与所述被加工工件点接触或线接触。
2.根据权利要求1所述的加热基座，其特征在于，所述弹性支撑件与所述被加工工件接触的接触面为弧面，所述弧面被设置为与所述被加工工件点接触或线接触。
3.根据权利要求2所述的加热基座，其特征在于，所述弹性支撑件包括间隔设置的多个支撑片，各个所述支撑片均呈弧状。
4.根据权利要求3所述的加热基座，其特征在于，在所述基座主体的上表面上设置有多个限位槽，多个所述支撑片一一对应地设置在多个所述限位槽中。
5.根据权利要求4所述的加热基座，其特征在于，多个所述限位槽相对于所述基座主体上表面的中心均匀分布。
6.根据权利要求5所述的加热基座，其特征在于，所述基座主体的上表面呈圆形，所述限位槽的中心与所述基座主体上表面的中心之间的距离为所述基座主体上表面半径的三分之一至二分之一；所述限位槽为矩形槽，且所述限位槽的长度方向沿所述基座主体的上表面的径向设置，且所述限位槽的长度为所述基座主体上表面半径的四分之一至三分之一。
7.根据权利要求6所述的加热基座，其特征在于，所述支撑片的横截面形状为半圆形、圆弧形或者半椭圆形；并且，所述支撑片设置在所述限位槽的中部，所述支撑片的长度小于所述限位槽的长度，所述支撑片的宽度小于所述限位槽的宽度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的加热基座，其特征在于，所述基座主体中设置有可升降的传片组件，用于带动所述被加工工件升降。
9.根据权利要求1-7任一项所述的加热基座，其特征在于，所述边缘支撑件与所述基座主体一体成型，且所述边缘支撑件的内径比被加工工件的直径小20mm～40mm。
10.一种半导体工艺设备，包括工艺腔室和设置在所述工艺腔室内的加热基座和背吹管路，其特征在于，所述加热基座采用权利要求1-9任一项所述的加热基座；所述背吹管路的一端设置在所述基座主体的上表面，且位于所述边缘支撑件的内侧，用以使所述被加工工件被吸附固定在所述边缘支撑件的上表面。
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