TWI512128B - A substrate processing apparatus and a chamber apparatus thereof - Google Patents

Description

基片處理設備及其腔室裝置

本發明涉及半導體技術領域，尤其是涉及基片處理設備及其腔室裝置。

在半導體積體電路製造之技術領域中，銅互連(Cu interconnect)物理氣相沉積(PVD)設備需要經過如下四個製程步驟：去氣、預清洗、鉭的氮化物(Ta(N))沉積、銅(Cu)沉積。其中去氣步驟是在去氣腔室內將基片加熱至350℃左右，藉以去除基片上的水蒸氣及其它易揮發之雜質。

由實驗結果得知，於去氣製程中，對基片的加熱均勻性要求較高，如果不能確保均勻性，將出現某些基片區域的易揮發之雜質有去除不完全的情況，而且當局部溫度嚴重不均勻時還可能會造成碎片。此外，基於產率考量，希望基片能夠儘快的到達製程溫度，基於此點考慮，這種類型的加熱必須使用加熱元件。

現有的去氣腔室的加熱技術中一般使用燈泡類型的加熱燈對基片進行加熱。然而，由於加熱燈泡為離散式配置，容易導致加熱均勻性較差。

本發明係為了解決現有技術中加熱均勻性較差之技術問題。

為此，本發明的一個目的在於提供一種具有良好的加 熱均勻性的腔室裝置。

本發明的另一個目的在於提供一種具有上述腔室裝置的基片處理設備。

為了實現上述目的，本發明的腔室裝置，其係包括：一腔室本體，所述腔室本體內限定有一處理腔室；一透明介質窗，所述透明介質窗設在所述處理腔室內，並且所述透明介質窗的外周沿與所述腔室本體的內周壁相連，以將所述處理腔室隔成一上部腔室和一下部腔室；一加熱部件，所述加熱部件設在所述上部腔室內的頂部；一支承台，所述支承台設在所述下部腔室內，其係用於支撐基片，所述支承台的上表面與所述加熱部件相對，基片係置於所述支承台的上表面；一勻熱板，所述勻熱板設在所述下部腔室內且位於所述支承台的上方。

根據本發明的腔室裝置，通過設置在加熱部件與基片之間的勻熱板，可以將由加熱部件產生的熱量均勻化後通過熱輻射和熱對流等方式傳導給基片，因此可以對基片均勻加熱。

另外，較佳的，依據本發明，所述支承台上設有一用於加熱基片的底部加熱器。

較佳的，所述勻熱板係由陶瓷或石墨材料製成且具有預定的黑度。

較佳的，所述透明介質窗為石英窗。

較佳的，所述腔室本體的頂端敞開且由一設在所述腔室本體的頂端的反射板封閉。

較佳的，所述加熱部件為一加熱燈。

較佳的，所述加熱燈為一環形加熱燈組，所述環形加熱燈組包括一內環加熱燈和一外環加熱燈，所述外環加熱燈沿周向圍繞所述內環加熱燈設置。

較佳的，所述反射板的上表面上設有一安裝板，所述加熱燈藉由一燈座組安裝在所述安裝板上，所述燈座組安裝在所述安裝板的上表面上。

較佳的，各燈座組包括一燈座，該內環加熱燈與該外環加熱燈係與該燈座相連接，藉以固定於該安裝板的上表面上。

較佳的，各燈座組包括複數燈座，該內環加熱燈該內環加熱燈和外環加熱燈分別和與之對應的燈座相連接，藉以固定於該安裝板的上表面上。

較佳的，所述安裝板上設有一用於保護所述燈座組的保護罩。

較佳的，所述安裝板內設有一用於流通冷卻介質的第一冷卻通道。

較佳的，，本發明之腔室裝置還包括一遮罩件，所述遮罩件與所述腔室本體的頂端相連且沿所述腔室本體的內周壁向下延伸。

較佳的，所述遮罩件內設有一用於流通冷卻介質的第二冷卻通道。

較佳的，所述遮罩件包括一筒體和從所述筒體的上端沿徑向延伸出的凸緣，所述凸緣與所述腔室本體的頂端相 連且所述筒體沿所述腔室本體的內周壁向下延伸，所述反射板安裝在所述凸緣的上端面。

較佳的，所述石英窗的外周沿與所述筒體的內周壁相連。

此外，本發明還提供一種基片處理設備，其係包括前述之腔室裝置。

較佳的，所述基片處理設備為物理氣相沉積設備。

較佳的，所述腔室裝置為所述物理氣相沉積設備中的去氣腔室。

本發明的附加方面和優點將在實施方式中部分示明，部分將從實施方式的描述變得明顯，或通過本發明的實施例而被瞭解。

下面將詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在圖1中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。以下參考圖1描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的 方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介而間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”、“複數”的含義是兩個或兩個以上。下面參考圖1描述本發明實施例的腔室裝置。

根據本發明一較佳實施例的腔室裝置，其係包括一腔室本體3、一加熱部件11、一支承台5、一勻熱板13、和一透明介質窗12。

具體而言，腔室本體3圍繞形成一處理腔室8，即腔室本體3內限定有該處理腔室8。

透明介質窗12設在處理腔室8內，並且透明介質窗12的外周沿與腔室本體3的內周壁相連，藉以將處理腔室8隔成一上部腔室和一下部腔室。加熱部件11設在上部腔室內的頂部。支承台5設在下部腔室內藉以用於支撐一基片4，並且支承台5的上表面與加熱部件11相對，基片4置於支承台5的上表面。勻熱板13設在下部腔室內且位於支 承台5的上方，即，勻熱板13位於加熱部件11與基片4之間。

可以理解的是，透明介質窗12的外周沿可以與腔室本體3的內周壁之間氣密地相連，由此，在透明介質窗12存在的情況下，可以使加熱部件11處於大氣環境中(即上部腔室可以與大氣連通)，而下部腔室與外界大氣相隔絕，以在下部腔室內對基片4進行處理。其中，基於光透過率、導熱性能以及成本等考量，較佳的係採用石英窗作為該透明介質窗12。

可以理解的是，關於勻熱板13在處理腔室8內的具體安裝方式沒有特別要求，可以採用任意安裝方式，只要可以使勻熱板13安裝在處理腔室8內即可。

根據本發明上述實施例的腔室裝置，通過設置在加熱部件11與支承台5之間(即，設置在加熱部件11與基片4之間)的勻熱板13，可以將由加熱部件11產生的熱量均勻化後再通過熱輻射以及熱對流等方式傳導給基片4，以對基片4進行加熱，從而解決了由於加熱燈離散式配置所導致的加熱均勻性較差的問題，進而對基片4均勻加熱。

根據本發明的一較佳實施例，支承台5設有一用於加熱基片4的底部加熱器。通過底部加熱器和加熱部件11同時工作來對基片4進行加熱，可以進一步提高腔室裝置的加熱效率，從而提高基片4的升溫速率。在本發明的一些較佳實施例中，如圖1所示，所述之底部加熱器為設在支承台5內的加熱絲6。可以理解的是，本發明之腔室裝置的 內部設置之具有加熱絲6的支承台5，其作用實際上類似於內設有加熱器的靜電卡盤、機械卡盤以及壓差卡盤。

根據本發明的一較佳實施例，勻熱板13係由陶瓷或石墨材料製成且具有預定的黑度。由此，可以提高勻熱板13的勻熱效果，從而可以進一步改善基片4的處理效果。其中，黑度是指在一定溫度下，灰體的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力之比。在實際應用中，可以在勻熱板13的加工製作過程中基於所採用的材質以及添加劑等具體情況來得到預定黑度的勻熱板13。

根據本發明的一較佳實施例，腔室本體3的頂端敞開且由一設在腔室本體3的頂端的反射板2封閉。藉由該反射板2，可以將加熱部件11發出的光朝向處理腔室8內反射，以對基片4進行加熱。因此，設置該反射板2會有利於提高腔室裝置的加熱效率。

根據本發明的一較佳實施例，加熱部件11為加熱燈。所述加熱燈為一環形加熱燈組，其係包括一內環加熱燈15(如圖1所示，該內環加熱燈15是位於處理腔室8之中心區域，且沿該處理腔室8之中心區域周向分佈)和一外環加熱燈16(如圖1所示，外環加熱燈16是位於處理腔室8之邊緣區域，且沿周向圍繞內環加熱燈15設置)。由此，藉由上述加熱部件11將有利於進一步提高基片4的溫度均勻性。

進一步，反射板2的上表面上設有一安裝板1，且二者緊密貼合，而且，安裝板1內設有一用於流通冷卻介質的 第一冷卻通道17，用以對反射板2進行冷卻，以防止反射板2過熱，從而確保反射板2處於安全溫度範圍內。此外，加熱燈通過一燈座組7安裝在安裝板1上，該燈座組7安裝在安裝板1的上表面上。

更進一步地，安裝板1上可以設有一用於保護該燈座組7的保護罩18。由此，可以避免發生因操作者接觸到燈座組7而引起的事故，從而提高操作安全性。

根據本發明的一較佳實施例，腔室裝置還包括一遮罩件10，遮罩件10與腔室本體3的頂端相連且沿腔室本體3的內周壁向下延伸並環繞著腔室本體3的內周壁，以避免腔室本體3過熱。

進一步，遮罩件10內設有一用於流通冷卻介質的第二冷卻通道9。由此，可以通過冷卻介質(例如水、油以及氣體等)冷卻腔室本體3以避免其過熱。具有該遮罩件10的腔室裝置，其防止腔室本體3過熱的效果更好，且結構簡單。

需要理解的是，第一冷卻通道17和第二冷卻通道9中所流通的冷卻介質既可以相同也可以不同。

在本發明的一些較佳實施例中，遮罩件10包括一筒體和一從所述筒體的上端沿徑向延伸出的凸緣，其中所述凸緣與腔室本體3的頂端相連且所述筒體沿腔室本體3的內周壁向下延伸，反射板2安裝在所述凸緣的上端面。該腔室裝置結構簡單，便於安裝。在此情況下，石英窗12的外周沿可以與所述筒體的內周壁相連。

下面描述依據本發明之基片處理設備的實施例。依據本發明的基片處理設備包括上述任一實施例所述的腔室裝置。依據本發明的基片處理設備的其他部分和功能對於本領域之通常知識者來說是已知的，在此不再贅述。

選擇性的，所述基片處理設備為物理氣相沉積設備。進一步的，所述腔室裝置為所述物理氣相沉積設備中的去氣腔室。

依據本發明之基片處理設備的一較佳實施例，由於採用了本發明之腔室裝置，因此具有基片處理效果好的優點。

下面以所述腔室裝置作為去氣腔室裝置為例描述依據本發明的基片去氣處理過程的一較佳實施例。

首先，將基片4放置到處理腔室8內的支承台5上。

接著，通過加熱部件11加熱勻熱板13，從而間接地對支承台5上的基片4進行加熱，並通過調節加熱部件11的加熱功率使得加熱溫度在350℃左右。

上述基片的去氣處理過程具有加熱效率高、加熱均勻以及去氣效果好等優點。

在本說明書的描述中，參考術語“一較佳實施例”、“一些較佳實施例”、“例示”“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施 例或示例中以合適的方式結合。

儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由申請專利範圍及其等同物限定。

1‧‧‧安裝板

2‧‧‧反射板

3‧‧‧腔室本體

4‧‧‧基片

5‧‧‧支承台

6‧‧‧加熱絲

7‧‧‧燈座組

8‧‧‧處理腔室

9‧‧‧第二冷卻通道

10‧‧‧遮罩件

11‧‧‧加熱部件

12‧‧‧石英窗

13‧‧‧勻熱板

15‧‧‧內環加熱燈

16‧‧‧外環加熱燈

17‧‧‧第一冷卻通道

18‧‧‧保護罩

圖1是依據本發明之腔室裝置之一較佳實施例的示意圖。

1‧‧‧安裝板

2‧‧‧反射板

3‧‧‧腔室本體

4‧‧‧基片

5‧‧‧支承台

6‧‧‧加熱絲

7‧‧‧燈座組

8‧‧‧處理腔室

9‧‧‧第二冷卻通道

10‧‧‧遮罩件

11‧‧‧加熱部件

12‧‧‧石英窗

13‧‧‧勻熱板

15‧‧‧內環加熱燈

16‧‧‧外環加熱燈

17‧‧‧第一冷卻通道

18‧‧‧保護罩

Claims (17)

1. 一種腔室裝置，其係包括：一腔室本體，所述腔室本體內限定有一處理腔室；一透明介質窗，所述透明介質窗設在所述處理腔室內，並且所述透明介質窗的外周沿與所述腔室本體的內周壁氣密地相連，藉以將所述處理腔室隔成一上部腔室和一下部腔室，並使所述下部腔室與外界大氣相隔絕；一加熱部件，所述加熱部件設在所述上部腔室內的頂部；一支承台，所述支承台設在所述下部腔室內，所述支承台的上表面用於支撐基片並且與所述加熱部件相對；一勻熱板，所述勻熱板設在所述下部腔室內且位於所述支承台的上方。
2. 如請求項1所述之腔室裝置，其中所述支承台設有一用於加熱基片的底部加熱器。
3. 如請求項1所述之腔室裝置，其中所述勻熱板係由陶瓷或石墨材料製成且具有預定的黑度。
4. 如請求項1至3中任一項所述之腔室裝置，其中所述透明介質窗為石英窗。
5. 如請求項4所述之腔室裝置，其中所述腔室本體的頂端係敞開且由一設在所述腔室本體的頂端的反射板封閉。
6. 如請求項5所述之腔室裝置，其中加熱部件係為一加熱燈。
7. 如請求項6所述之腔室裝置，其中所述加熱燈係為環形加熱燈組，所述環形加熱燈組包括一內環加熱燈和一外環加熱燈，所述外環加熱燈係沿周向圍繞所述內環加熱燈設置。
8. 如請求項6所述之腔室裝置，其中所述反射板的上表面上設有一安裝板，所述加熱燈通過一燈座組安裝在所述安裝板上，所述燈座組安裝在所述安裝板的上表面上。
9. 如請求項8所述之腔室裝置，其中所述安裝板上設有一用於保護所述燈座組的保護罩。
10. 如請求項8所述之腔室裝置，其中所述安裝板內設有一用於流通冷卻介質的第一冷卻通道。
11. 如請求項5所述之腔室裝置，其更包括一遮罩件，所述遮罩件與所述腔室本體的頂端相連且沿所述腔室本體的內周壁向下延伸。
12. 如請求項11所述之腔室裝置，其中所述遮罩件內設有一用於流通冷卻介質的第二冷卻通道。
13. 如請求項11所述之腔室裝置，其中所述遮罩件包括一筒體和從所述筒體的上端沿徑向延伸出的凸緣，所述凸緣與所述腔室本體的頂端相連且所述筒體沿所述腔室本體的內周壁向下延伸，所述反射板安裝在所述凸緣的上端面。
14. 如請求項13所述之腔室裝置，其中所述石英窗的外周沿與所述筒體的內周壁相連。
15. 一種基片處理設備，其係包括如請求項1至14項中 任一項所述之腔室裝置。
16. 如請求項15所述之基片處理設備，其係為物理氣相沉積設備。
17. 如請求項16所述之基片處理設備，其中所述腔室裝置為所述物理氣相沉積設備中的去氣腔室。