TWI510655B - Heating chamber and plasma processing device - Google Patents

Description

加熱腔室及電漿加工裝置

本發明涉及微電子加工技術領域，具體地，涉及一種加熱腔室及電漿加工裝置。

物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，以下簡稱PVD)技術是微電子領域常用的加工技術，如，可用於加工積體電路中的銅互連層。製作銅互連層主要包括去氣、預清洗、Ta(N)沉積以及Cu沉積等步驟，其中，去氣步驟是去除晶片等被加工工件上的水蒸氣及其它易揮發性雜質。在實施去氣步驟時，不僅需要將晶片快速加熱至350℃左右，而且還要保證晶片受熱均勻，否則會導致在晶片的部分區域產生的易揮發雜質去除不乾淨，從而給後續製程帶來不良影響，而且，嚴重的晶片溫度不均甚至還會造成晶片碎裂。

第1圖為現有的PVD裝置的結構示意圖。請參閱第1圖，PVD裝置包括內周壁為圓形的去氣腔室1，在去氣腔室1內固定有多個支撐針2(通常為3個)，用以承載晶片3，並且，在去氣腔室1的內周壁上設置有傳片口1a，以及用於開啟或關閉該傳片口1a的門閥(圖中未示出)，在裝卸晶片3時，機械手經由傳片口1a將待加工的晶片傳送至去氣腔室1內的支撐針2的頂端，以及將已加工 的晶片自支撐針2的頂端移出去氣腔室1。而且，在去氣腔室1的頂部設置有上體罩5，且在上體罩5的內部空間與去氣腔室1之間設置有石英窗7，該石英窗7將上體罩5的內部空間和去氣腔室1隔離成兩個獨立的封閉空間，且在製程時，上體罩5的內部空間為大氣環境，而去氣腔室1為真空環境。在上體罩5內設置有多個加熱燈泡6，以通過輻射的方式對置於支撐針2的頂端的晶片3進行加熱。

上述PVD裝置在實際應用中不可避免地存在以下問題，即：由於在去氣腔室1的內周壁上設置有傳片口1a，這破壞了去氣腔室1的圓形內周壁的對稱性，導致該內周壁無法均勻地反射由加熱燈泡6輻射來的熱量，從而造成去氣腔室1內的溫度分佈不均勻；而且，由於加熱燈泡6輻射至傳片口1a處的大部分熱量很難反射至晶片3上，這會導致晶片3對應於傳片口1a的區域所獲得的熱量與對應於內周壁的其他位置的區域所獲得的熱量存在差異，從而造成晶片3的溫度不均勻，進而降低了製程的均勻性。

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種加熱腔室及電漿加工裝置，其可以均勻地加熱被加工工件，從而可以提高被加工工件的溫度均勻性，進而可以提高製程的均勻性。

為實現本發明的目的而提供一種加熱腔室，在其頂部設置有加熱單元，用以採用熱輻射的方式朝向該加熱腔室的內部輻射熱量；在該加熱腔室的內周壁上設置有傳片口，用以供被 加工工件移入或移出該加熱腔室。該加熱腔室還包括承載裝置，該承載裝置包括升降單元和頂針裝置，其中：該頂針裝置位於該加熱腔室內，其頂端用以支撐被加工工件；該升降單元與該頂針裝置固定連接，用於驅動該頂針裝置上升或下降，以帶動該頂針裝置的頂端自裝卸區上升至製程區，或者自製程區下降至裝卸區，該製程區的下邊緣位於該傳片口上邊緣的上方，該裝卸區的上邊緣對應於該傳片口的上邊緣。

其中，該升降單元包括傳動元件和旋轉驅動源，其中：該旋轉驅動源用於向該傳動元件提供旋轉動力；該傳動元件用於將由該旋轉驅動源提供的旋轉動力轉換為升降直線運動，並傳遞給該頂針裝置，以使該頂針裝置上升或下降。

其中，該傳動組件包括絲杠絲母元件或齒輪齒條元件。

其中，該升降單元，包括：直線驅動源，用於驅動該頂針裝置上升或下降。

其中，該直線驅動源包括直線氣缸、直線電機或直線液壓缸。

其中，該頂針裝置，包括：環形支架和至少三個頂針，其中：該至少三個頂針，用以支撐被加工工件；該環形支架水準設置在該加熱腔室內，且位於該至少三個頂針的下方，並且該至少三個頂針沿該環形支架的周向均勻分佈，且該至少三個頂針底端固定在該環形支架上；該環形支架與該升降單元連接，在 該升降單元的驅動下，該環形支架帶動該至少三個頂針同時上升或下降。

其中，在該加熱腔室的底壁上設置有通孔，並且，該升降單元包括連杆，其中：該連杆的頂端與該頂針裝置固定連接，該連杆的底端穿過該通孔，並延伸至該加熱腔室的外部，且與該傳動元件固定連接。

其中，在該連杆上套制有波紋管，該波紋管的頂端與該加熱腔室的底壁密封連接，該波紋管的底端與該連杆密封連接，以在該波紋管的內部形成與該通孔相連通的密封空間。

其中，該加熱腔室在垂直方向上的高度為155~165mm。

其中，該升降單元還包括支撐架，該支撐架固定在該加熱腔室的底壁的外側，用以分別支撐該傳動組件和旋轉驅動源。

作為另一個技術方案，本發明還提供一種電漿加工裝置，包括加熱腔室和機械手，其中，該加熱腔室採用了本發明提供的上述加熱腔室。

本發明具有以下有益效果：本發明提供的加熱腔室，其通過借助升降單元驅動用於支撐被加工工件的頂針裝置上升或下降，可以帶動置於該頂針裝置上的被加工工件上升至預設的位於傳片口上方的製程區進行製程，或者下降至預設的對應於 傳片口的裝卸區進行卸載。由於加熱腔室的對應於製程區的內周壁上未設置有諸如傳片口的開口，而是為閉合的筒狀結構，因而其可以均勻地反射由加熱單元輻射來的熱量。由此可見，通過在製程程序中將被加工工件上升至上述製程區，可以避免裝卸區的傳片口對被加工工件的溫度產生不良影響，以使被加工工件的溫度均勻，從而可以提高製程的均勻性。此外，通過將被加工工件下降至上述裝卸區，可以實現對被加工工件的裝卸。

本發明提供的電漿加工裝置，其通過採用本發明提供的上述加熱腔室，可以均勻地加熱被加工工件，從而可以提高被加工工件的溫度均勻性，進而可以提高製程的均勻性。

1‧‧‧去氣腔室

1a，201‧‧‧傳片口

2‧‧‧支撐針

3‧‧‧晶片

5，22‧‧‧上體罩

6‧‧‧加熱燈泡

7，39‧‧‧石英窗

20‧‧‧加熱腔室

202‧‧‧通孔

21‧‧‧被加工工件

221‧‧‧內部空間

23‧‧‧加熱燈

24‧‧‧頂針

25‧‧‧環形支架

26‧‧‧連杆

27‧‧‧波紋管

28‧‧‧支撐架

29‧‧‧傳動元件/傳動組件

30‧‧‧旋轉驅動源

I‧‧‧製程區

II‧‧‧裝卸區

第1圖為現有的PVD裝置的結構示意圖；第2A圖為本發明實施例提供的加熱腔室在被加工工件處於裝卸區時的剖視圖；第2B圖為本發明實施例提供的加熱腔室在被加工工件處於製程區時的剖視圖；以及第3圖為應用於本發明實施例提供的加熱腔室的環形支架的俯視圖。

為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的加熱腔室及電漿加工裝置進 行詳細描述。

第2A圖為本發明實施例提供的加熱腔室在被加工工件處於裝卸區時的剖視圖。第2B圖為本發明實施例提供的加熱腔室在被加工工件處於製程區時的剖視圖。第3圖為應用於本發明實施例提供的加熱腔室的環形支架的俯視圖。請一併參閱第2A圖、第2B圖和第3圖，在本實施例中，在加熱腔室20頂部設置有加熱單元，該加熱單元包括設置在加熱腔室20的頂部的上體罩22，以及位於上體罩22內的加熱燈23，其中，在上體罩22的內部空間221與加熱腔室20之間設置有石英窗39，石英窗39將上體罩22的內部空間221和加熱腔室20隔離成兩個獨立的封閉空間；且在製程時，上體罩22的內部空間221為大氣環境，而加熱腔室20為真空環境。加熱燈23用於採用熱輻射的方式朝向加熱腔室20的內部輻射熱量，加熱燈23可以為鎢絲或鹵素等的紅外加熱燈，且加熱燈23的結構可以為燈泡或任意形狀的燈管。而且，在加熱腔室20的內周壁上設置有傳片口201，用以供被加工工件21移入或移出加熱腔室20。在該加熱腔室20中，處於傳片口201的上邊緣上方的區域稱為製程區I；處於傳片口201的上邊緣下方的區域稱為裝卸區II，且裝卸區II的上邊緣對應於傳片口201的上邊緣。

此外，加熱腔室20還包括承載裝置，該承載裝置包括升降單元和頂針裝置，其中，頂針裝置位於加熱腔室20內，其頂端用以支撐被加工工件21；升降單元用於驅動頂針裝置上升或下降，以帶動頂針裝置的頂端自裝卸區II上升至製程區I，或者自 製程區I下降至裝卸區II。換言之，在實際製程中，可以借助升降單元來帶動置於該頂針裝置上的被加工工件21上升至位於傳片口201上方的製程區I進行製程，或者下降至對應於傳片口201的裝卸區II進行裝卸。

下面對承載裝置的具體結構進行詳細描述。具體地，頂針裝置包括三個頂針24和環形支架25，其中，三個頂針24用於支撐被加工工件21，容易理解，三個頂針24的頂端需相互平齊，以使被加工工件21能夠被穩定地水準放置。環形支架25水準設置在加熱腔室20內，且位於三個頂針24的下方，並且三個頂針24沿環形支架25的周向均勻分佈，且其底端固定在環形支架25上，如第3圖所示。

升降單元包括傳動元件29和旋轉驅動源30，其中，旋轉驅動源30用於向傳動元件29提供旋轉動力，旋轉驅動源30可以為旋轉電機或旋轉液壓泵等；傳動元件29用於將由旋轉驅動源30提供的旋轉動力轉換為升降直線運動，並傳遞給頂針裝置，以使該頂針裝置上升或下降，傳動元件29可以採用諸如絲杠絲母元件或齒輪齒條元件等的能夠將旋轉動力轉換為升降直線運動的元件。

在本實施例中，採用下述連接方式連接傳動元件29和頂針裝置。具體地，升降單元還包括連杆26和支撐架28，其中，支撐架28固定在加熱腔室20的底壁的外側，用以分別支撐傳動組件29和旋轉驅動源30。而且，在加熱腔室20的底壁上設置有通孔 202，並且，連杆26的頂端與環形支架25固定連接，連杆26的底端穿過通孔202，並延伸至加熱腔室20的外部，且與傳動元件29固定連接。在旋轉驅動源30的驅動下，傳動元件29將由旋轉驅動源30提供的旋轉動力轉換為升降直線運動，並依次帶動連杆26、環形支架25和三個頂針24同時上升或下降，從而可以帶動置於三個頂針24上的被加工工件21上升至位於傳片口201上方的製程區I，如第2B圖所示被加工工件21的位置；或者下降至對應於傳片口201的裝卸區II，如第2A圖所示被加工工件21的位置。

較佳地，在連杆26上套制有波紋管27，波紋管27的頂端與加熱腔室20的底壁密封連接，波紋管27的底端與連杆26的下部區域密封連接，以在波紋管27的內部形成與通孔202相連通的密封空間，從而使加熱腔室20在加熱時能夠保持真空狀態。

由於加熱腔室20的對應於上述製程區I的內周壁上未開設有諸如傳片口201的開口，因而其為閉合的筒狀結構，其在加熱時可以均勻地反射由加熱燈23輻射來的熱量，因而在製程程序中通過將被加工工件21上升至上述製程區I，可以避免傳片口201對被加工工件21的溫度產生不良影響，而使被加工工件21的溫度均勻，從而可以提高製程的均勻性。此外，通過將被加工工件21下降至上述裝卸區II，可以實現對被加工工件21的裝卸。

容易理解，上述製程區I決定了被加工工件21與加熱燈23之間的垂直間距，而該垂直間距決定了被加工工件21的升溫速率，因此，在實際應用中，可以根據不同製程對被加工工件21 的升溫速率的不同要求而對製程區I進行相應的設定。此外，加熱腔室20在垂直方向上的高度需要滿足以下條件，即：在保證製程區I滿足製程對被加工工件21的升溫速率的要求的前提下，使該製程區I能夠位於傳片口201的上方，較佳地，加熱腔室20在垂直方向上的高度為155~165mm。

需要說明的是，在本實施例中，升降單元包括傳動元件29和旋轉驅動源30，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，還可以採用直線氣缸、直線電機或直線液壓缸等的直線驅動源代替傳動元件29和旋轉驅動源30，從而無需將由旋轉驅動源30提供的旋轉動力轉換為升降直線運動就可以驅動三個頂針24同時上升或下降。

還需要說明的是，在本實施例中，頂針24的數量為三個，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，頂針的數量還可以為四個以上，且四個以上的頂針相對於環形支架25的周向均勻分佈。

進一步需要說明的是，雖然在本實施例中，環形支架25採用環形結構，但是本發明並不侷限於此，在實際應用中，還可以採用其他結構的支架代替環形支架，例如板狀、條狀等其他任意形狀的支架，只要該支架能夠在加熱腔室20內支撐至少三個頂針，並能夠同時帶動其作升降運動即可，而不必限定支架的結構。

作為另一個技術方案，本實施例還提供一種電漿加 工裝置，包括加熱腔室和機械手，其中，加熱腔室採用了本發明實施例提供的上述加熱腔室；機械手用於在至少三個頂針的頂端位於裝卸區時，將被加工工件運送至加熱腔室內，並最終將其放置於至少三個頂針的頂端上，以及將被加工工件自至少三個頂針的頂端移出加熱腔室。

下面針對採用了本發明實施例提供的上述電漿加工裝置對被加工工件進行加熱的加熱方法進行詳細描述。具體地，該加熱方法包括以下步驟：S1，承載有被加工工件的機械手由傳片口水平移入加熱腔室內，且位於至少三個頂針的頂端上方；S2，升降單元驅動至少三個頂針上升，直至至少三個頂針的頂端自機械手中托起被加工工件；S3，空載的機械手由傳片口水平移出加熱腔室；S4，升降單元驅動承載有被加工工件的至少三個頂針上升，直至被加工工件位於製程區；S5，加熱燈加熱被加工工件至製程所需的溫度；S6，完成製程之後，空載的機械手由傳片口水平移入加熱腔室，且位於至少三個頂針的頂端下方；S7，升降單元驅動承載有被加工工件的至少三個頂針下降，直至被加工工件置於機械手上；S8，承載有被加工工件的機械手由傳片口水平移出加熱腔室。

由上可知，由於至少三個頂針可升降，這使得機械手僅需水準運動，即，經由傳片口水平移入加熱腔室內，且位於 至少三個頂針的頂端上方或下方，以及經由傳片口水平移出加熱腔室，而無需進行升降運動，這可以簡化裝卸被加工工件的流程，從而可以提高裝卸速度，進而可以提高製程效率。

本實施例提供的電漿加工裝置，其通過採用本實施例提供的上述加熱腔室，可以均勻地加熱被加工工件，從而可以提高被加工工件的溫度均勻性，進而可以提高製程的均勻性。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。

20‧‧‧加熱腔室

201‧‧‧傳片口

202‧‧‧通孔

21‧‧‧被加工工件

22‧‧‧上體罩

221‧‧‧內部空間

23‧‧‧加熱燈

24‧‧‧頂針

25‧‧‧環形支架

26‧‧‧連杆

27‧‧‧波紋管

28‧‧‧支撐架

29‧‧‧傳動元件/傳動組件

30‧‧‧旋轉驅動源

39‧‧‧石英窗

I‧‧‧製程區

II‧‧‧裝卸區

Claims (11)

1. 一種加熱腔室，在其頂部設置有加熱單元，用以採用熱輻射的方式朝向所述加熱腔室的內部輻射熱量；在所述加熱腔室的內周壁上設置有傳片口，用以供被加工工件移入或移出所述加熱腔室，其特徵在於，所述加熱腔室還包括承載裝置，所述承載裝置包括升降單元和頂針裝置，其中：所述頂針裝置位於所述加熱腔室內，其頂端用以支撐被加工工件；所述升降單元與所述頂針裝置固定連接，用於驅動所述頂針裝置上升或下降，以帶動所述頂針裝置的頂端自裝卸區上升至製程區，或者自製程區下降至裝卸區，所述製程區的下邊緣位於所述傳片口上邊緣的上方，所述裝卸區的上邊緣對應於所述傳片口的上邊緣。
2. 如申請專利範圍第1項所述的加熱腔室，其特徵在於，所述升降單元包括傳動元件和旋轉驅動源，其中：所述旋轉驅動源用於向所述傳動元件提供旋轉動力；所述傳動元件用於將由所述旋轉驅動源提供的旋轉動力轉換為升降直線運動，並傳遞給所述頂針裝置，以使所述頂針裝置上升或下降。
3. 如申請專利範圍第2項所述的加熱腔室，其特徵在於，所述傳動元件包括絲杠絲母元件或齒輪齒條元件。
4. 如申請專利範圍第1項所述的加熱腔室，其特徵在於，所述升降單元，包括：直線驅動源，用於驅動所述頂針裝置上升或下降。
5. 如申請專利範圍第4項所述的加熱腔室，其特徵在於，所述直線驅動源包括直線氣缸、直線電機或直線液壓缸。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任意一項所述的加熱腔室，其特徵在 於，所述頂針裝置，包括：環形支架和至少三個頂針，其中：所述至少三個頂針，用以支撐被加工工件；所述環形支架水準設置在所述加熱腔室內，且位於所述至少三個頂針的下方，並且所述至少三個頂針沿所述環形支架的周向均勻分佈，且所述至少三個頂針底端固定在所述環形支架上；所述環形支架與所述升降單元連接，在所述升降單元的驅動下，所述環形支架帶動所述至少三個頂針同時上升或下降。
7. 如申請專利範圍第2項所述的加熱腔室，其特徵在於，在所述加熱腔室的底壁上設置有通孔，並且，所述升降單元包括連杆，其中：所述連杆的頂端與所述頂針裝置固定連接，所述連杆的底端穿過所述通孔，並延伸至所述加熱腔室的外部，且與所述傳動元件固定連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述的加熱腔室，其特徵在於，在所述連杆上套制有波紋管，所述波紋管的頂端與所述加熱腔室的底壁密封連接，所述波紋管的底端與所述連杆密封連接，以在所述波紋管的內部形成與所述通孔相連通的密封空間。
9. 如申請專利範圍第7項所述的加熱腔室，其特徵在於，所述升降單元還包括支撐架，所述支撐架固定在所述加熱腔室的底壁的外側，用以分別支撐所述傳動組件和旋轉驅動源。
10. 如申請專利範圍第1項所述的加熱腔室，其特徵在於，所述加熱腔室在垂直方向上的高度為155~165mm。
11. 一種電漿加工裝置，包括加熱腔室和機械手，其特徵在於，所述加熱腔室採用如申請專利範圍第1項至第10項中任意一項所述的加熱腔室。