工艺腔室、半导体加工设备及去气和预清洗的方法与流程

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种工艺腔室、半导体加工设备及去气和预清洗的方法。

背景技术：

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称PVD)技术是微电子领域常用的加工技术，如，用于加工集成电路中的铜互连层。制作铜互连层主要包括去气、预清洗、Ta(N)沉积以及Cu沉积等步骤，其中，去气步骤是去除晶片等被加工工件上的水蒸气及其它易挥发性杂质。在实施去气步骤时，需要将晶片等被加工工件加热至300℃以上。预清洗步骤的目的是为了在沉积金属薄膜之前，清除晶片表面的污染物或沟槽和穿孔底部的残余物。

在现有的技术方案中，去气步骤和预清洗步骤分别在两个独立的腔室中完成，即，去气腔室和预清洗腔室为两个独立的模块，且分别安装在不同的位置。这在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，需要增加传输模块的配置要求，以实现在去气腔室和预清洗腔室之间进行取放片操作，而且在两个腔室之间传输晶片，其传输过程复杂，且传输效率较低。

其二，在现有的PVD系统中，去气腔室、预清洗腔室和各个金属沉积腔室等均环绕设置在传输腔室的周围。而在某些应用中，往往传输腔室的周围已没有空间再容许增加腔室，从而限制了系统的产能。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种工艺腔室、半导体加工设备及去气和预清洗的方法，其不仅可以提高简化传输过程、提高传输效率，而且有助于提高设备的产能。

为实现本发明的目的而提供一种工艺腔室，包括：加工子腔，在所述加工子腔内设置有基座；存放子腔，设置在所述加工子腔的一侧，且具有与所述加工子腔相连通的通道；加热灯组件，设置在所述加工子腔内，且位于所述基座上方，用于采用热辐射的方式加热晶片；预清洗装置，包括下电极板、上电极板、进气机构和射频电源，其中，所述下电极板设置在所述基座上，所述下电极板的上表面用于承载晶片；所述下电极板与所述基座电绝缘，并且与所述射频电源电连接；所述进气机构用于向所述加工子腔内通入工艺气体；所述上电极板接地，并且通过驱动所述上电极板运动，而使其位于所述加工子腔内与所述下电极板相对的第一位置处，或者位于所述存放子腔内的第二位置处；顶针升降机构，包括至少三个顶针和顶针升降装置，其中，所述至少三个顶针设置在所述基座下方，且沿所述基座的周向间隔分布；所述顶针升降装置用于驱动所述至少三个顶针贯穿所述基座和所述下电极板上升或下降，以使其顶端高于或低于所述下电极板的上表面

其中，所述工艺腔室还包括旋转驱动机构，所述旋转驱动机构包括：旋转轴，竖直设置在所述加工子腔内，且位于所述通道所在一侧，并且所述旋转轴与所述上电极板连接；旋转电机，用于驱动所述旋转轴旋转，从而带动所述上电极板经由所述通道旋转至所述第一位置或者所述第二位置。

优选的，所述旋转轴采用导电材料制作，且接地，并且所述旋转轴与所述上电极板电连接。

优选的，所述旋转轴与所述上电极板通过螺纹连接实现固定和电连接。

其中，所述工艺腔室还包括连杆驱动机构，所述连杆驱动机构包括：连杆，其包括固定端和伸缩端，所述固定端位于所述存放子腔内，所述伸缩端与所述上电极板连接；驱动源，用于驱动所述伸缩端相对于所述固定端经由所述通道伸出至所述第一位置，或者回缩至所述第二位置。

优选的，所述连杆采用导电材料制作，且接地，并且所述连杆与所述上电极板电连接。

优选的，所述连杆与所述上电极板通过螺纹连接实现固定和电连接。

优选的，所述预清洗装置还包括电连接件，所述电连接件的上端与所述下电极板电连接，所述电连接件的下端竖直向下延伸至所述加工子腔之外，并与所述射频电源电连接。

优选的，所述工艺腔室还包括介质窗，所述介质窗设置在所述加工子腔内，并将其隔离形成上部空间和下部空间，其中，所述加热灯组件位于所述上部空间内，并透过所述介质窗朝向所述基座的方向辐射热量；所述通道与所述下部空间相连通；所述基座、下电极板和上电极板均位于所述下部空间内。

优选的，所述工艺腔室还包括基座驱动装置，用于驱动所述基座和设置在其上的所述下电极板同步上升或下降。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括本发明提供的上述工艺腔室。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种去气和预清洗的方法，采用了本发明提供的上述反应腔室先后进行去气和预清洗工艺，包括以下步骤：

S1，利用所述顶针升降装置驱动所述至少三个顶针上升，以使其顶端高于所述下电极板的上表面；

S2，将晶片传入所述加工子腔，并放置于所述至少三个顶针的顶端；

S3，开启所述加热灯组件，进行所述去气工艺；

S4，待所述去气工艺完成后，关闭所述加热灯组件，并利用所述顶针升降装置驱动所述至少三个顶针下降，直至所述晶片被传递至所述下电极板的上表面；

S5，驱动所述上电极板运动，直至其位于所述第一位置处；

S6，利用所述进气机构向所述加工子腔通入工艺气体，并开启所述射频电源，进行所述预清洗工艺；

S7，待所述预清洗工艺完成后，关闭所述进气机构和射频电源，并驱动所述上电极板运动，直至其位于所述第二位置处。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的工艺腔室，其通过设置加热灯组件和预清洗装置，且通过驱动预清洗装置的上电极板运动，可以使该上电极板在进行预清洗工艺时，位于加工子腔内与下电极板相对的第一位置处；在进行去气工艺时，位于存放子腔内的第二位置处，从而可以实现去气工艺和预清洗工艺顺序进行，且不相干扰，进而可以实现在同一腔室分别进行去气工艺和预清洗工艺，从而不仅可以提高简化传输过程、提高传输效率，而且有助于提高设备的产能。

本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述工艺腔室，不仅可以提高简化传输过程、提高传输效率，而且有助于提高设备的产能。

本发明提供的去气和预清洗的方法，其通过采用本发明提供的反应腔室先后进行去气和预清洗工艺，不仅可以提高简化传输过程、提高传输效率，而且有助于提高设备的产能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的工艺腔室在进行去气工艺时的剖视图；

图2为图1中工艺腔室的原理简图；以及

图3为本发明实施例提供的工艺腔室在进行预清洗工艺时的剖视图；以及

图4为图3中工艺腔室的原理简图。

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，下面结合附图来对本发明提供的工艺腔室、半导体加工设备及去气和预清洗的方法进行详细描述。

为了便于描述，本实施例将工艺腔室水平放置，上部空间是指位于介质窗上方的空间。下部空间是指位于介质窗下方的空间。

请一并参阅图1-图4，工艺腔室包括加工子腔10、存放子腔14、介质窗13、加热灯组件12、顶针升降机构、预清洗装置和旋转驱动机构。其中，存放子腔14设置在加工子腔10的一侧，且具有与加工子腔10相连通的通道101。具体来说，在加工子腔10的侧壁上设置有通孔，存放子腔固定在加工子腔10的侧壁上，并且具有与该通孔相连通的开口，该开口和通孔共同形成了上述通道101。另外，在加工子腔10的侧壁上还设置有传片口102，用于供传输晶片的机械手(图中未示出)通过，以进行取放片操作。

介质窗13设置在加工子腔10内，并将其隔离形成上部空间11和下部空间，其中，在下部空间内设置有基座20。加热灯组件12位于上部空间11内，用以透过介质窗13朝向基座20的方向辐射热量，加热灯组件12可以为诸如红外加热灯或者卤素加热灯等的采用热辐射方式加热的装置，且加热灯的结构可以为灯泡，或者也可以为灯管。此外，介质窗13可以采用石英或玻璃等的透明材料制作。借助介质窗13，可以实现上部空间11处于大气状态，而下部空间处于真空状态，从而在进行去气工艺时，分别满足工艺分别对上部空间11和下部空间的不同气压状态的要求。另外，通道101与下部空间相连通。

预清洗装置包括下电极板24、上电极板15、进气机构和射频电源26。其中，下电极板24设置在基座20上，该下电极板24的上表面用于承载晶片17，且下电极板24与基座20电绝缘，并且与射频电源26电连接。具体来说，通过在下电极板24与基座20之间设置绝缘层19来实现二者的电绝缘。而且，下电极板24通过电连接件25与射频电源26电连接，即，电连接件25的上端依次穿过基座20和绝缘层19与下电极板24电连接，电连接件25的下端竖直向下延伸至加工子腔10之外，并与射频电源26电连接。进气机构(图中未示出)用于向加工子腔10内通入工艺气体。

在本实施例中，工艺腔室还包括旋转驱动机构，该旋转驱动机构包括旋转轴16和旋转电机23。其中，旋转轴16竖直设置在加工子腔10内，且位于通道101所在一侧，并且旋转轴16与上电极板15连接。旋转电机23用于驱动旋转轴16旋转，从而带动上电极板15旋转，以使上电极板15经由通道101旋转至加工子腔10内与下电极板24相对的第一位置处(如图3和图4所示的上电极板15位置)，或者旋转至存放子腔14内的第二位置处(如图1和图2所示的上电极板15位置)。此外，旋转轴16采用导电材料制作，且接地，并且旋转轴16与上电极板15电连接，从而使上电极板15接地。在本实施例中，旋转轴16与上电极板15通过螺纹连接实现固定和电连接。当然，在实际应用中，还可以采用其他方式实现旋转轴16与上电极板15的固定和电连接，例如焊接。

顶针升降机构包括至少三个顶针18和顶针驱动装置22，其中，至少三个顶针18沿基座20的周向间隔分布，用于支撑晶片17。顶针驱动装置22用于驱动至少三个顶针18上升或下降，以使其顶端高于或者低于下电极板24的上表面。通过顶针驱动装置22驱动顶针18上升至其顶端高于下电极板24的上表面的位置处，用以在进行去气工艺时支撑晶片17。此外，借助顶针升降机构，还可以与机械手相配合来实现对晶片17的取放片操作。

优选的，工艺腔室还包括基座驱动装置(图中未示出)，用于驱动基座20和设置在其上的下电极板24同步上升或下降，从而可以实现对下电极板24和上电极板15之间的竖直间距进行调节。

本发明实施例提供的工艺腔室采用下述工作流程依次进行去气工艺和预清洗工艺：

预先使上电极板15位于存放子腔14内的第二位置处，并利用顶针驱动装置22驱动至少三个顶针18上升至其顶端高于下电极板24上表面的位置处。

利用机械手经由传片口102将晶片17传输至加工子腔10内，并将其传递至至少三个顶针18上，如图1所示。

开启加热灯组件12，进行去气工艺。

待去气工艺完成之后，关闭加热灯组件12，并利用顶针驱动装置22驱动至少三个顶针18下降至其顶端低于下电极板24的位置处，此时晶片17被传递至下电极板24上，如图3所示。

利用旋转驱动机构驱动上电极板15旋转至加工子腔10内与下电极板24相对的第一位置处。如果需要的话，可以利用基座驱动装置驱动基座20作升降运动，以适当地调节下电极板24和上电极板15之间的竖直间距。

利用进气机构向加工子腔10通入工艺气体，并开启射频电源26，开始进行预清洗工艺。

需要说明的是，在本实施例中，上电极板15是通过旋转驱动机构旋转至加工子腔10内与下电极板24相对的第一位置处，或者旋转至存放子腔14内的第二位置处。但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以通过驱动上电极板15作伸缩运动，来使其伸出至上述第一位置或者回缩至上述第二位置。具体地，可以在上述存放子腔14内设置连杆驱动机构，该连杆驱动机构包括连杆和驱动源，其中，连杆包括固定端和伸缩端，该固定端位于存放子腔14内，伸缩端与上电极板15连接。驱动源用于驱动伸缩端相对于固定端经由通道伸出至第一位置，或者回缩至第二位置。此外，连杆可以采用导电材料制作，且接地，并且连杆与上电极板15电连接，从而可以实现上电极板15接地。并且，连杆与上电极板15可以通过螺纹连接实现固定和电连接。

综上所述，本发明实施例提供的工艺腔室，其通过设置加热灯组件和预清洗装置，且通过驱动预清洗装置的上电极板运动，可以使该上电极板在进行预清洗工艺时，位于加工子腔内与下电极板相对的第一位置处；在进行去气工艺时，位于存放子腔内的第二位置处，从而可以实现去气工艺和预清洗工艺顺序进行，且不相干扰，进而可以实现在同一腔室分别进行去气工艺和预清洗工艺，从而不仅可以提高简化传输过程、提高传输效率，而且有助于提高设备的产能。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其采用了本发明实施例提供的上述工艺腔室

本发明实施例提供的半导体加工设备，通过采用本发明实施例提供的上述工艺腔室，不仅可以提高简化传输过程、提高传输效率，而且有助于提高设备的产能。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种去气和预清洗的方法，该方法采用本发明实施例提供的上述反应腔室先后进行去气和预清洗工艺，具体包括以下步骤：

预先使上电极板15位于存放子腔14内的第二位置处。

S1，利用顶针升降装置22驱动至少三个顶针18上升，以使其顶端高于下电极板24的上表面；

S2，将晶片17传入加工子腔10，并放置于至少三个顶针18的顶端；

S3，开启加热灯组件12，进行去气工艺；

S4，待去气工艺完成后，关闭加热灯组件12，并利用顶针升降装置22驱动至少三个顶针18下降，直至晶片17被传递至下电极板24的上表面；

S5，驱动上电极板15运动，直至其位于第一位置处；

S6，利用进气机构向加工子腔10通入工艺气体，并开启射频电源26，进行所述预清洗工艺；

S7，待预清洗工艺完成后，关闭进气机构和射频电源26，并驱动上电极板15运动，直至其位于第二位置处。

本发明实施例提供的去气和预清洗的方法，其通过采用本发明实施例提供的上述反应腔室先后进行去气和预清洗工艺，不仅可以提高简化传输过程、提高传输效率，而且有助于提高设备的产能。

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。