CN113005411A - 半导体工艺设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半导体工艺设备,包括沉积腔室(100)、装置容纳腔室(200)和检测装置(300);所述沉积腔室(100)开设有第一通孔(110);所述装置容纳腔室(200)通过所述第一通孔(110)与所述沉积腔室(100)相连通;所述检测装置(300)设置有待检测件(330),所述待检测件(330)设置于所述装置容纳腔室(200)内,所述检测装置(300)用于带动所述待检测件(330)穿过所述第一通孔(110)伸入所述沉积腔室(100),并通过检测所述待检测件(330)的振动频率变化获得所述半导体工艺设备的薄膜沉积速率。上述方案能够解决半导体工艺设备的薄膜沉积速率检测难度较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造技术领域,尤其涉及一种半导体工艺设备。
背景技术
物理气相沉积技术在半导体制造领域被广泛应用,该方法包括真空蒸镀、溅射镀膜、分子束外延等,其中,溅射镀膜被广泛应用于金属薄膜制程。溅射镀膜的基本原理是在高真空的环境下,导入工艺气体并在电极两端加上电压、使气体产生辉光放电,此时等离子体中的正离子在强电场的作用下撞击靶材,溅射出靶材金属原子而沉积到晶片的表面。
为了提高晶片镀膜的良品率,通常需要对半导体工艺设备的薄膜沉积速率进行检测,从而能够获得半导体工艺设备的稳定状态,进而有益于半导体工艺设备的稳定运行,
相关技术中,薄膜沉积速率通常采用非原位检测方法,非原位检测是指晶片在制备薄膜后,将晶片移入薄膜厚度测量设备进行测量所沉积的薄膜的厚度,进而得到薄膜的沉积速率。
然而,晶片需要转移至相关设备内进行测量,从而使得检测薄膜沉积速率所花费的工艺时间较长,工序较为繁琐,另外晶片转移过程中容易损坏,致使半导体工艺设备的薄膜沉积速率检测难度较大。
发明内容
本发明公开一种半导体工艺设备,以解决半导体工艺设备的薄膜沉积速率检测难度较大的问题。
为了解决上述问题,本发明采用下述技术方案:
一种半导体工艺设备,包括:
沉积腔室,所述沉积腔室开设有第一通孔;
装置容纳腔室,所述装置容纳腔室通过所述第一通孔与所述沉积腔室相连通;
检测装置,所述检测装置设置有待检测件,所述待检测件设置于所述装置容纳腔室内,所述检测装置用于带动所述待检测件穿过所述第一通孔伸入所述沉积腔室,并通过检测所述待检测件的振动频率变化获得所述半导体工艺设备的薄膜沉积速率。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果:
本发明公开的半导体工艺设备中,在半导体工艺设备工作过程中,可以将待检测件伸入沉积腔室,从而可以对半导体工艺设备的薄膜沉积速率进行检测,进而实现薄膜沉积速率的原位检测。此时,晶片无需转移至相关设备内进行检测薄膜沉积速率,从而使得检测薄膜沉积速率所花费的工艺时间较短,工序简单,另外,晶片无需移动,因此使得晶片不容易受到破坏,进而使得半导体工艺设备的薄膜沉积速率的检测难度较小。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1~图3为本发明实施例公开的半导体工艺设备的结构示意图;
图4为本发明实施例公开的半导体工艺设备中检测装置的结构示意图;
图5为本发明实施例公开的半导体工艺设备中检测装置的承载部的俯视图。
附图标记说明:
100-沉积腔室、110-第一通孔、120-第二通孔;
200-装置容纳腔室;
300-检测装置、310-第一驱动机构、320-承载部、321-穿线通道、330-待检测件、340-检测元件、350-控制器、360-第二驱动机构、370-封堵片、380-连接线;
410-第三驱动机构、420-晶片承载台;
500-晶片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下结合附图,详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
如图1~图5所示,本发明实施例公开一种半导体工艺设备,该半导体工艺设备用于为晶片500沉积薄膜,该薄膜所采用的溅射材料可以为Cu、Ta、Ti、Al等金属材料。所公开的半导体工艺设备包括沉积腔室100、装置容纳腔室200和检测装置300。
沉积腔室100为半导体工艺设备的工艺腔室,晶片500在沉积腔室100内进行薄膜沉积。沉积腔室100内开设有第一通孔110。可选地,第一通孔110可以开设于沉积腔室100的底壁或者侧壁上,对于第一通孔110的具体开设位置,本文不作限制。
装置容纳腔室200用于容纳半导体工艺设备的部分部件。装置容纳腔室200通过第一通孔110与沉积腔室100相连通。
检测装置300用于检测半导体工艺设备的薄膜沉积速率。检测装置300设置有待检测件330,待检测件330设置于装置容纳腔室200内。检测装置300用于带动待检测件330穿过第一通孔110伸入沉积腔室100,并通过检测待检测件330的振动频率变化获得半导体工艺设备的薄膜沉积速率。检测装置300的工作原理可以根据以下公式1和公式2;
公式1中,f为待检测件330的固有频率,N为待检测件330的频率常数,ρm为需要检测的薄膜的材料密度,ρq为待检测件330的密度,以上都是常量,这些常量通过待检测件330的材料种类确定。Δf为待检测件330的频率变化量,Δdm为待检测件330上所沉积的薄膜厚度增量,随着薄膜沉积到待检测件330的表面,待检测件330的振动频率改变,可获得薄膜厚度变化量Δdm。公式2中,Δt为时间变量,V为沉积速率,检测装置300通过检测待检测件330振动频率随时间变化的变化量,从而可以获得薄膜沉积厚度的变化,进而获得薄膜沉积速率。上述公式1和公式2为公知常识,本文不再赘述。
具体地,待检测件330可以为晶振片,晶振片采用石英材料制作。上文中的f可以为晶振片的固有频率,N可以为晶振片的频率常数,ρq可以为晶振片的密度,因此这些常量都是公知常识,本文不再赘述。
具体的操作过程中,当需要检测半导体工艺设备的薄膜沉积速率时,检测装置300能够带动待检测件330穿过第一通孔110伸入沉积腔室100,从而进行薄膜沉积速率的检测。当半导体工艺设备的薄膜沉积速率的检测完成或者不需要检测时,检测装置300带动待检测件330缩回至装置容纳腔室200内。
本发明公开的实施例中,在半导体工艺设备工作过程中,可以将待检测件330伸入沉积腔室100,从而可以对半导体工艺设备的薄膜沉积速率进行检测,进而实现薄膜沉积速率的原位检测。此时,晶片500无需转移至相关设备内进行检测薄膜沉积速率,从而使得检测薄膜沉积速率所花费的工艺时间较短,工序简单,另外,晶片500无需移动,因此使得晶片500不容易受到破坏,进而使得半导体工艺设备的薄膜沉积速率的检测难度较小。
另外,检测装置300位于装置容纳腔室200,只有在检测薄膜沉积速率时,才将待检测件330伸入沉积腔室100内,从而使得检测装置300占用沉积腔室100的空间较小,进而使得沉积腔室100具有较大的工艺空间,从而不容易影响薄膜的沉积,进而提高半导体工艺设备的工艺性能。
此外,检测装置300位于装置容纳腔室200,沉积腔室100内的颗粒不容易进入装置容纳腔室200,因此检测装置300不容易损坏,进而提高了半导体工艺设备的安全性和可靠性。
同时,检测装置300能够实时检测薄膜沉积速率,能够实时获得沉积腔室100内薄膜沉积的稳定状态,进而有益于提高半导体工艺设备内晶片所沉积的薄膜的稳定性。
在另一种可选的实施例中,检测装置300还可以包括第一驱动机构310、承载部320、检测元件340和控制器350,承载部320可以位于装置容纳腔室200内,承载部320为待检测件330以及检测装置300的其他部件提供安装基础。第一驱动机构310与承载部320相连接。第一驱动机构310可以位于装置容纳腔室200内,也可以位于装置容纳腔室200之外,对此本文不作限制。检测元件340可以设置于承载部320的顶面,待检测件330可以设置于检测元件340背离承载部320的顶面的一侧。控制器350与检测元件340电连接。第一驱动机构310用于驱动承载部320带动待检测件330沿第一通孔110的轴线方向移动。
检测元件340用于检测待检测件330的振动频率,并向控制器350发送振动频率。
此方案中,待检测件330通过第一驱动机构310驱动待检测件330移动,从而使得待检测件330的驱动精度较高,从而提高待检测件330的位置精度,进而能够提高检测装置300的检测精度。
另外,检测元件340不但能够用于获取待检测件330的振动频率,还能够将待检测件330固定于承载部320上,从而使得承载部320上无需设置其他部件固定待检测件330,进而简化了检测装置300的结构。
可选地,第一驱动机构310可以为气缸、液压马达、驱动电机等动力结构,当然第一驱动机构310还可以为其他动力结构,本文不作限制。检测元件340可以为传感器、振动检测仪等振动频率检测部件。
可选地,第一驱动机构310和控制器350既可以设置于装置容纳腔室200之外,又可以设置于装置容纳腔室200内,对此本文不作限制。
为了防止待检测件330在使用的过程中失效,在另一种可选的实施例中,待检测件330的数量可以为至少两个,至少两个待检测件330间隔分布于承载部320的顶面。
承载部320可以带动至少两个待检测件330在装置容纳腔室200内运动,以使其中一个待检测件330与第一通孔110相对。
此方案中,待检测件330的数量为至少两个,因此在其中一个待检测件330失效时,可以采用另一个待检测件330检测薄膜沉积速率,进而能够有效防止待检测件330在使用的过程中失效,进而提高了检测装置300的安全性和可靠性。
可选地,承载部320可以在装置容纳腔室200内移动,或者承载部320可以在装置容纳腔室200内,再或者承载部320既可以在装置容纳腔室200内移动,又可以在装置容纳腔室200内转动,对于承载部320的具体运动形式本文不作限制。
在另一种可选的实施例中,检测装置300还可以包括第二驱动机构360,第二驱动机构360可以与承载部320相连接。
第二驱动机构360可以用于驱动承载部320运动,以使其中一个待检测件330与第一通孔110相对。
此方案中,承载部320通过第二驱动机构360驱动,从而使得承载部320的驱动精度较高,从而提高待检测件330的位置精度,进而使得待检测件330在穿过第一通孔110时,待检测件330不容易与第一通孔110的侧壁发生干涉,进而提高了待检测件330的安全性。
具体的操作过程中,当检测装置300测量半导体工艺设备的薄膜沉积速率时,首先第二驱动机构360驱动承载部320运动,进而使得其中一个待检测件330与第一通孔110相对。然后第一驱动机构310驱动承载部320沿第一通孔110的轴线方向移动,承载部320带动待检测件330移动,进而使得待检测件330伸入沉积腔室100内。
需要注意的是,只有在所有的待检测件330均位于装置容纳腔室200内的情况下,第二驱动机构360才能够驱动承载部320运动。当其中一个待检测件330处于沉积腔室100内的情况下,第二驱动机构360不能驱动承载部320运动,从而防止待检测件330与第一通孔110的侧壁发生碰撞。
上述实施例中,当检测装置300无需检测半导体工艺设备的薄膜沉积速率时,待检测件330还可以为封堵第一通孔110,从而防止沉积腔室100内的颗粒不容易通过第一通孔110进入到装置容纳腔室200内,从而容易损坏检测装置300。但是待检测件330用于封堵第一通孔110时,使得待检测件330上沉积较厚的薄膜,从而造成待检测件330失效,从而缩短了待检测件330的使用寿命。
基于此,在另一种可选的实施例中,检测装置300还可以设置有封堵片370,封堵片370可以分布在承载部320的顶面。
第二驱动机构360还可以用于带动封堵片370在装置容纳腔室200内运动,以使封堵片370与第一通孔110相对。
第一驱动机构310还可以用于带动封堵片370沿第一通孔110的轴线方向移动,以使封堵片370封堵第一通孔110。
此方案中,当检测装置300无需检测半导体工艺设备的薄膜沉积速率时,封堵片370能够封堵第一通孔110,从而能够延长待检测件330的使用寿命。
另外,由于封堵片370仅起到封堵作用,因此封堵片370可以采用价格较低的金属材料制作,从而降低半导体工艺设备的制作成本。
可选地,第二驱动机构360既可以设置于装置容纳腔室200之内,又可以设置于装置容纳腔室200之外,对比本文不作限制。
为了进一步提高半导体工艺设备的安全性和可靠性,在另一种可选的实施例中,封堵片370的数量可以为多个。待检测件330的数量可以为多个。多个封堵片370和多个待检测件330均间隔分布在承载部320的顶面。此方案中,封堵片370和待检测件330的数量均为多个,因此进一步防止了待检测件330和封堵片370失效的问题,进而进一步提高了半导体工艺设备的安全性和可靠性。
可选地,待检测件330和封堵片370的数量可以根据工艺需求灵活选择,本文不作限制。
为了防止封堵片370上附着的薄膜脱落污染沉积腔室100,在另一种可选的实施例中,封堵片370的上表面可以采用喷砂处理,从而增加封堵片370的上表面的粗糙度,进而提高薄膜的附着能力,以防止封堵片370上的薄膜脱落,进而提高了沉积腔室100的洁净度。
上述实施例中,当检测半导体工艺设备的薄膜沉积速率时,首先由控制器350控制第二驱动机构360调整待检测件330的位置,使得待检测件330与第一通孔110相对。然后控制器350控制第一驱动机构310将待检测件330伸入沉积腔室100内。沉积腔室100溅射启动。控制器350开始记录当前待检测件330的振动频率,再记录预设时间后的待检测件330的振动频率,进而得出薄膜沉积速率。检测完成后,沉积腔室100停止溅射。控制器350控制第一驱动机构310将待检测件330传输回装置容纳腔室200,控制器350控制第二驱动机构360带动承载部320运动,以使封堵片370与第一通孔110相对。控制器350控制第一驱动机构310带动承载部320移动,以使封堵片370将第一通孔110封堵。然后沉积腔室100进行工艺溅射。此实施例中,控制器350可以为计算机,控制器350即能够用于控制检测元件340,又能够用于控制第一驱动机构310和第二驱动机构360。
当然在另一种可选的实施例中,控制器350可以仅用于控制检测元件340,第一驱动机构310和第二驱动机构360可以与计算机连接,计算机用于控制第一驱动机构310和第二驱动机构360,控制器350所得到的薄膜沉积速率可以通过计算机显示,此时,控制器350相当于一个计算处理器。
上述实施例中,第二驱动机构360可以驱动承载部320移动,此时,装置容纳腔室200内需要预留出承载部320的移动空间,进而使得承载部320占用较大的安装空间,致使半导体工艺设备的体积较大,不利于半导体工艺设备的运输和安装。
基于此,在另一种可选的实施例中,第二驱动机构360可以用于驱动承载部320绕承载部320的中心轴线转动。此方案中,承载部320绕着其中心轴线转动,从而使得承载部320占用的安装空间较小,进而使得半导体工艺设备的体积较小,进而方便半导体工艺设备运输和安装。
可选地,承载部320可以为圆盘结构,当然承载部320还可以为其他结构,本文不作限制。第二驱动机构360可以为气缸、液压缸、驱动电机等动力结构,当然第二驱动机构360还可以为其他动力结构本文不不作限制
为了进一步提高检测装置300的安全性,在另一种可选的实施例中,承载部320开设有穿线通道321,穿线通道321内可以穿设有连接线380,检测元件340与控制器350通过连接线380电连接。此方案中,承载部320的内部走线,从而使得连接线380不容易外露,进而使得连接线380不容易损坏,从而提高了检测装置300的安全性。
在另一种可选的实施例中,在第一通孔110的轴线方向上,检测元件340在承载部320的顶面的正投影轮廓可以与待检测件330在承载部320的顶面的正投影轮廓相重合。此方案中,待检测件330能够完全遮盖住检测元件340,从而使得检测元件340的顶面不容易外露,进而使得薄膜不容易沉积在检测元件340上,从而使得检测元件340不容易损坏。
另外,检测元件340与待检测件330的外形尺寸相同,从而使得检测元件340能够伸入第一通孔110内,进而使得检测元件340的边缘不容易与第一通孔110的侧壁发生干涉,从而提高了检测元件340的安全性。
为了进一步提高半导体工艺设备的薄膜沉积速率的检测精度,在另一种可选的实施例中,检测装置300可以用于将待检测件330的上表面移动至与位于沉积腔室100内的晶片500的上表面相平齐的位置。也就是说,待检测件330的上表面与晶片500的上表面处于同一平面内。此时,待检测件330的上表面与晶片500的上表面处于同一高度,因此待检测件330的上表面与晶片500的上表面沉积的薄膜的厚度相同,因此半导体工艺设备的薄膜沉积速率的检测精度更高。
本发明公开的半导体工艺设备还包括晶片承载台420,晶片承载台420用于承载晶片500。晶片承载台420可以位于沉积腔室100内,此时,晶片承载台420占用较大的沉积腔室100的空间,进而容易影响半导体工艺设备的工艺性能。
基于此,在另一种可选的实施例中,晶片承载台420可活动地位于装置容纳腔室200内。检测装置300与晶片承载台420间隔设置,沉积腔室100的底壁上可以开设有与装置容纳腔室200相连通的第二通孔120,晶片承载台420可沿第二通孔120的轴线方向移动,晶片承载台420的至少部分可通过第二通孔120伸入沉积腔室100内。此时,晶片承载台420仅是在晶片500沉积薄膜时伸入沉积腔室100。
此方案中,晶片承载台420设置于装置容纳腔室200内,从而使得晶片承载台420占用沉积腔室100的空间较小,进而不容易影响半导体工艺设备的工艺性能。
另外,晶片承载台420位于装置容纳腔室200内,从而使得薄膜不容易附着在晶片承载台420上,进而使得晶片承载台420不容易损坏,且减少了晶片承载台420的维修和清洗次数。
在另一种可选的实施例中,本发明公开的半导体工艺设备还包括第三驱动机构410,第三驱动机构410用于驱动晶片承载台420移动。此时,晶片承载台420通过第三驱动机构410驱动,从而使得晶片承载台420的驱动精度较高,进而使得晶片500的位置精度较高,以提高晶片500上所沉积的薄膜的质量。
可选地,第三驱动机构410可以为气缸、液压缸、驱动电机等动力结构,当然第三驱动机构410还可以为其他驱动机构本文不不作限制。
可选地,本发明公开的半导体工艺设备还包括顶针组件,顶针组件位于装置容纳腔室200内,晶片承载台420上开设有第三通孔,顶针组件能够穿过第三通孔顶起晶片500,从而实现晶片500在晶片承载台420上的升降。
为了防止沉积腔室100的内侧壁上沉积的薄膜脱落形成颗粒污染沉积腔室100,在另一种可选的实施例中,沉积腔室100的内侧壁上可以进行喷砂处理,从而增大沉积腔室100的内壁的粗糙度,进而增强薄膜在沉积腔室100的内侧壁上的附着能力,进而防止薄膜脱落。
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同,各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾,均可以组合形成更优的实施例,考虑到行文简洁,在此则不再赘述。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种半导体工艺设备,其特征在于,包括:
沉积腔室(100),所述沉积腔室(100)开设有第一通孔(110);
装置容纳腔室(200),所述装置容纳腔室(200)通过所述第一通孔(110)与所述沉积腔室(100)相连通;
检测装置(300),所述检测装置(300)设置有待检测件(330),所述待检测件(330)设置于所述装置容纳腔室(200)内,所述检测装置(300)用于带动所述待检测件(330)穿过所述第一通孔(110)伸入所述沉积腔室(100),并通过检测所述待检测件(330)的振动频率变化获得所述半导体工艺设备的薄膜沉积速率。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述检测装置(300)还包括第一驱动机构(310)、承载部(320)、检测元件(340)和控制器(350),所述承载部(320)位于所述装置容纳腔室(200)内,所述第一驱动机构(310)与所述承载部(320)相连接,所述检测元件(340)设置于所述承载部(320)的顶面,所述待检测件(330)设置于所述检测元件(340)背离所述承载部(320)的顶面的一侧,所述控制器(350)与所述检测元件(340)电连接,所述第一驱动机构(310)用于驱动所述承载部(320)带动所述待检测件(330)沿所述第一通孔(110)的轴线方向移动;
所述检测元件(340)用于检测所述待检测件(330)的振动频率,并向所述控制器(350)发送所述振动频率。
3.根据权利要求2所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述待检测件(330)的数量为至少两个,所述至少两个待检测件(330)间隔分布于所述承载部(320)的顶面;
所述承载部(320)带动所述至少两个待检测件(330)在所述装置容纳腔(200)内运动,以使其中一个所述待检测件(330)与所述第一通孔(110)相对。
4.根据权利要求3所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述检测装置还包括第二驱动机构(360),所述第二驱动机构(360)与所述承载部(320)相连接,所述第二驱动机构(360)与所述承载部(320)相连接;
所述第二驱动机构(360)用于驱动所述承载部(320)运动,以使其中一个所述待检测件(330)与所述第一通孔(110)相对。
5.根据权利要求4所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述检测装置(300)还设置有封堵片(370),所述封堵片(370)分布在所述承载部(320)的顶面;
所述第二驱动机构(360)还用于带动所述封堵片(370)在所述装置容纳腔室(200)内运动,以使所述封堵片(370)与所述第一通孔(110)相对;
所述第一驱动机构(310)还用于带动所述封堵片(370)沿所述第一通孔(110)的轴线方向移动,以使所述封堵片(370)封堵所述第一通孔(110)。
6.根据权利要求5所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述封堵片(370)的数量为多个,所述待检测件(330)的数量为多个,多个所述封堵片(370)和多个所述待检测件(330)均间隔分布在所述承载部(320)的顶面。
7.根据权利要求4或5所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述第二驱动机构(360)用于驱动所述承载部(320)绕所述承载部(320)的中心轴线转动。
8.根据权利要求2所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述承载部(320)开设有穿线通道(321),所述穿线通道(321)内穿设有连接线(380),所述检测元件(340)与所述控制器(350)通过所述连接线(380)电连接。
9.根据权利要求2所述的半导体工艺设备,其特征在于,在所述第一通孔(110)的轴线方向上,所述检测元件(340)在所述承载部(320)的顶面的正投影轮廓与所述待检测件(330)在所述承载部(320)的顶面的正投影轮廓相重合。
10.根据权利要求1所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述待检测件(330)为晶振片。
11.根据权利要求1所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述检测装置(300)用于将所述待检测件(330)的上表面移动至与位于所述沉积腔室(100)内的晶片(500)的上表面相平齐的位置。
12.根据权利要求1所述的半导体工艺设备,其特征在于,所述半导体工艺设备还包括晶片承载台(420),所述晶片承载台(420)可活动地位于所述装置容纳腔室(200)内,所述检测装置(300)与所述晶片承载台(420)间隔设置,所述沉积腔室(100)的底壁上开设有与所述装置容纳腔室(200)相连通的第二通孔(120),所述晶片承载台(420)可沿所述第二通孔(120)的轴线方向移动,所述晶片承载台(420)的至少部分可通过所述第二通孔(120)伸入所述沉积腔室(100)内。
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