加热腔室及等离子体加工设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供的加热腔室及等离子体加工设备，在其顶部设置有加热单元，用以采用热辐射的方式朝向加热腔室的内部辐射热量；在加热腔室的内周壁上设置有传片口，用以供被加工工件进入或移出加热腔室，该加热腔室还包括承载装置，该承载装置包括升降单元和顶针装置，其中，顶针装置位于加热腔室内，用以支撑被加工工件；升降单元用于驱动顶针装置上升或下降，以带动置于顶针上的被加工工件上升至预设的位于传片口上方的工艺位进行工艺，或者下降至预设的对应于传片口的装卸位进行装卸。本发明提供的加热腔室，其可以均匀地加热被加工工件，从而可以提高被加工工件的温度均匀性，进而可以提高工艺的均匀性。
【专利说明】加热腔室及等离子体加工设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子加工【技术领域】，具体地，涉及一种加热腔室及等离子体加工设备。
【背景技术】
[0002]物理气相沉积(Physical Vapor Deposit1n,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，去气步骤是去除基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，不仅需要将基片快速加热至350°C左右，而且还要保证基片受热均匀，否则会导致在基片的部分区域产生的易挥发杂质去除不干净，从而给后续工艺带来不良影响，而且，严重的基片温度不均甚至还会造成基片碎裂。
[0003]图1为现有的PVD设备的结构示意图。请参阅图1，PVD设备包括内周壁为圆形的去气腔室I，在去气腔室I内固定有多个支撑针2 (通常为3个)，用以承载基片3，并且，在去气腔室I的内周壁上设置有传片口 la，以及用于开启或关闭该传片口 Ia的门阀(图中未示出)，在装卸基片3时，机械手经由传片口 Ia将待加工的基片传送至去气腔室I内支撑针2的顶端，以及自支撑针2的顶端将已加工的基片移出去气腔室I。而且，在去气腔室I的顶部设置有上体罩5，且在上体罩5的内部空间与去气腔室I之间设置有石英窗7，该石英窗7将上体罩5的内部空间和去气腔室I隔离形成两个独立的封闭空间，且在工艺时，上体罩5的内部空间为大气环境,而去气腔室I为真空环境。在上体罩5内设置有多个加热灯泡6，其通过辐射方式透过石英窗7对置于支撑针2的顶端的基片3进行加热。
[0004]上述PVD设备在实际应用中不可避免地存在以下问题，即:由于在去气腔室I的内周壁上设置有传片口 la，这破坏了去气腔室I的圆形内周壁的对称性，导致该内周壁无法均匀地反射由加热灯泡6辐射出的热量，从而造成去气腔室I内的温度分布不均匀，而且，由于加热灯泡6辐射至传片口 Ia处的大部分热量很难反射至基片3上，这会导致基片3对应于传片口 Ia的区域所获得的热量与对应于内周壁的其他位置的区域所获得的热量存在差异，从而造成基片3的温度不均匀，进而降低了工艺的均匀性。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种加热腔室及等离子体加工设备，其可以均匀地加热被加工工件，从而可以提高被加工工件的温度均匀性，进而可以提高工艺的均匀性。
[0006]为实现本发明的目的而提供一种加热腔室，在其顶部设置有加热单元，用以采用热辐射的方式朝向所述加热腔室的内部辐射热量；在所述加热腔室的内周壁上设置有传片口，用以供被加工工件移入或移出所述加热腔室，所述加热腔室还包括承载装置，所述承载装置包括升降单元和顶针装置，其中:所述顶针装置位于所述加热腔室内，用以支撑被加工工件；所述升降单元用于驱动所述顶针装置上升或下降，以带动置于所述顶针装置上的被加工工件上升至位于所述传片口上方的工艺位进行工艺，或者下降至对应于所述传片口的装卸位进行装卸。
[0007]其中，所述升降单元包括传动组件和旋转驱动源，其中:所述旋转驱动源用于向所述传动组件提供旋转动力；所述传动组件用于将由所述旋转驱动源提供的旋转动力转换为升降直线运动，并传递给所述顶针装置，以使所述顶针装置上升或下降。
[0008]其中，所述传动组件包括丝杠丝母组件或齿轮齿条组件。
[0009]其中，所述升降单元，包括:直线驱动源，用于驱动所述顶针装置上升或下降。
[0010]其中，所述直线驱动源包括直线气缸、直线电机或直线液压缸。
[0011]其中，所述顶针装置，包括:环形支架和至少三个顶针，其中:所述至少三个顶针，用以支撑被加工工件；所述环形支架水平设置在所述加热腔室内，且位于所述至少三个顶针的下方，并且所述至少三个顶针的底端固定在所述环形支架上，且沿所述环形支架的周向均匀分布；所述环形支架与所述升降单元连接，在所述升降单元的驱动下，所述环形支架带动所述至少三个顶针同时上升或下降。
[0012]其中，在所述加热腔室的底壁上设置有通孔，并且，所述升降单元包括连杆，其中:所述连杆的顶端与所述顶针装置固定连接，所述连杆的底端穿过所述通孔，并延伸至所述加热腔室的外部，且与所述传动组件固定连接。
[0013]其中，在所述连杆上套制有波纹管，所述波纹管的顶端与所述加热腔室的底壁密封连接，所述波纹管的底端与所述连杆密封连接，以在所述波纹管的内部形成与所述通孔相连通的密封空间。
[0014]其中，所述加热腔室在竖直方向上的高度为155?165mm。
[0015]其中，所述升降单元还包括支撑架，所述直线导轨安装在所述支撑架上，所述支撑架固定在所述加热腔室的底部，用以分别支撑所述传动组件和旋转驱动源。
[0016]作为另一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，包括加热腔室和机械手，其中，该加热腔室采用了本发明提供的上述加热腔室。
[0017]本发明具有以下有益效果:
[0018]本发明提供的加热腔室，其通过借助升降单元驱动用于支撑被加工工件的顶针装置上升或下降，可以带动置于该顶针装置上的被加工工件上升至预设的位于传片口上方的工艺位进行工艺，或者下降至预设的对应于传片口的装卸位。由于对应于工艺位置处的加热腔室的内周壁为对称结构，其在加热时可以均匀地反射由加热单元辐射出的热量，因而通过将被加工工件上升至上述工艺位进行工艺，可以避免传片口对被加工工件的温度产生的不良影响，而使被加工工件的温度均匀，从而可以提高工艺的均匀性。此外，通过将被加工工件下降至上述装卸位，可以实现对被加工工件的装卸。
[0019]本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明提供的加热腔室，可以均匀地加热被加工工件，从而可以提高被加工工件的温度均匀性，进而可以提高工艺的均匀性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有的PVD设备的结构示意图；
[0021]图2A为本发明提供的加热腔室在被加工工件处于装卸位置时的剖视图；
[0022]图2B为本发明提供的加热腔室在被加工工件处于工艺位置时的剖视图；以及
[0023]图3为本发明提供的加热腔室的环形支架的俯视图。
【具体实施方式】
[0024]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加热腔室及等离子体加工设备进行详细描述。
[0025]图2A为本发明提供的加热腔室在被加工工件处于装卸位置时的剖视图。图2B为本发明提供的加热腔室在被加工工件处于工艺位置时的剖视图。图3为本发明提供的加热腔室的环形支架的俯视图。请一并参阅图2A、2B和图3，在本实施例中，在加热腔室20顶部设置有加热单元，该加热单元包括设置在加热腔室20的顶部的上体罩22，以及位于上体罩22内的加热灯23，其中，在上体罩22的内部空间221与加热腔室20之间设置有石英窗39，石英窗39将上体罩22的内部空间221和加热腔室20隔离形成两个独立的封闭空间；且在工艺时，上体罩22的内部空间221为大气环境，而加热腔室20为真空环境。加热灯23用于采用热辐射的方式朝向加热腔室20的内部辐射热量，加热灯23可以为钨丝或卤素等的红外加热灯，且加热灯23的结构可以为灯泡或任意形状的灯管。而且，在加热腔室20的内周壁上设置有传片口 201，用以供被加工工件21移入或移出加热腔室20。
[0026]加热腔室20还包括承载装置，该承载装置包括升降单元和顶针装置，其中，顶针装置位于加热腔室20内，用以支撑被加工工件；升降单元用于驱动顶针装置上升或下降，以带动置于该顶针装置上的被加工工件21上升至位于传片口 201上方的工艺位进行工艺，或者下降至对应于传片口 201的装卸位进行装卸。
[0027]下面对承载装置的具体结构进行详细描述。具体地，顶针装置包括三个顶针24和环形支架25，其中，三个顶针24用于支撑被加工工件21，容易理解，三个顶针24的顶端需相互平齐，以使被加工工件21能够水平放置。环形支架25水平设置在加热腔室20内，且位于三个顶针24的下方，并且三个顶针24的底端固定在环形支架25上，且沿环形支架25的周向均匀分布，如图3所示。
[0028]升降单元包括传动组件29和旋转驱动源30，其中，旋转驱动源30用于向传动组件29提供旋转动力，旋转驱动源30可以为旋转电机或旋转液压泵等；传动组件29用于将由旋转驱动源30提供的旋转动力转换为升降直线运动，并传递给顶针装置，以使该顶针装置上升或下降，传动组件29可以采用诸如丝杠丝母组件或齿轮齿条组件等的能够将旋转动力转换为升降直线运动的组件。
[0029]在本实施例中，采用下述连接方式连接传动组件29和顶针装置。具体地，升降单元还包括连杆26和支撑架28，其中，支撑架28固定在加热腔室20的底部，用以分别支撑传动组件29和旋转驱动源30。而且，在加热腔室20的底壁上设置有通孔202，并且，连杆26的顶端与环形支架25固定连接,连杆26的底端穿过通孔202,并延伸至加热腔室20的外部，且与传动组件29固定连接。在旋转驱动源30的驱动下,传动组件29将由旋转驱动源30提供的旋转动力转换为升降直线运动，并依次带动连杆26、环形支架25和三个顶针24同时上升或下降，从而可以带动置于顶针24上的被加工工件21上升至预设的位于传片口201上方的工艺位(如图2B所示被加工工件21的位置)，或者下降至预设的对应于传片口201的装卸位(如图2A所示被加工工件21的位置)。
[0030]优选地，在连杆26上套制有波纹管27，波纹管27的顶端与加热腔室20的底壁密封连接，波纹管27的底端与连杆26密封连接，以在波纹管27的内部形成与通孔202相连通的密封空间，从而使加热腔室20在加热时能够保持真空状态。
[0031]由于环绕在上述工艺位周围的加热腔室20的内周壁为对称结构，其在加热时可以均匀地反射由加热灯23辐射出的热量，因而通过将被加工工件21上升至上述工艺位进行工艺，可以避免传片口 201对被加工工件21的温度产生的不良影响，而使被加工工件21的温度均匀，从而可以提高工艺的均匀性。此外，通过将被加工工件21下降至上述装卸位，可以实现对被加工工件21的装卸。
[0032]容易理解，上述工艺位决定了被加工工件21与加热灯23之间的竖直间距，而该竖直间距决定了被加工工件的升温速率，因此，在实际应用中，可以根据不同工艺对被加工工件的升温速率的不同要求而对工艺位进行相应的设定。此外，加热腔室在竖直方向上的高度需要满足以下条件，即:在保证工艺位满足工艺对被加工工件的升温速率的要求的前提下，使该工艺位能够位于传片口 201的上方，优选地，加热腔室在竖直方向上的高度为155 ?165mm0
[0033]需要说明的是，在本实施例中，升降单元包括传动组件29和旋转驱动源30，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用直线气缸、直线电机或直线液压缸等的直线驱动源代替传动组件29和旋转驱动源30，从而无需将由旋转驱动源30提供的旋转动力转换为升降直线运动就可以驱动三个顶针24同时上升或下降。
[0034]还需要说明的是，在本实施例中，顶针24的数量为三个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，顶针的数量还可以为四个以上，且四个以上的顶针相对于环形支架25的周向均匀分布。
[0035]进一步需要说明的是，虽然在本实施例中，环形支架25采用环形结构，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用其他结构的支架代替环形支架，例如板状、条状等其他任意形状的支架，只要该支架能够在加热腔室内支撑至少三个顶针，并能够同时带动其作升降运动即可，而不必限定支架的结构。
[0036]作为另一个技术方案，本实施例还提供一种等离子体加工设备，包括加热腔室和机械手，其中，加热腔室采用了本实施例提供的上述加热腔室；机械手用于在至少三个顶针的顶端位于装卸位置时，将被加工工件运送至加热腔室内，并将其放置于至少三个顶针的顶端上，以及将被加工工件自至少三个顶针的顶端移出加热腔室。
[0037]下面针对采用了本实施例提供的上述等离子体加工设备对被加工工件进行加热的加热方法进行详细描述。具体地，该加热方法包括以下步骤:
[0038]SI，承载有被加工工件的机械手水平移入加热腔室内，且位于至少三个顶针的顶端上方；
[0039]S2，升降单元驱动至少三个顶针上升，直至至少三个顶针的顶端自机械手托起被加工工件；
[0040]S3，空载的机械手水平移出加热腔室；
[0041]S4，升降单元驱动承载有被加工工件的至少三个顶针上升，直至被加工工件位于工艺位置；
[0042]S5，加热灯加热被加工工件至工艺所需的温度；
[0043]S6，空载的机械手水平移入加热腔室，且位于至少三个顶针的顶端下方；
[0044]S7，升降单元驱动至少三个顶针下降，直至被加工工件置于机械手上；
[0045]S8，承载有被加工工件的机械手水平移出加热腔室。
[0046]由上可知，由于至少三个顶针可升降，这使得机械手仅需水平运动，即，经由传片口水平移入加热腔室内，且位于至少三个顶针的顶端上方或下方，以及经由传片口水平移出加热腔室，而无需进行升降运动，这可以简化装卸被加工工件的流程，从而可以提高装卸速度，进而可以提高工艺效率。
[0047]本实施例提供的等离子体加工设备，其通过采用本实施例提供的上述加热腔室，可以均匀地加热被加工工件，从而可以提高被加工工件的温度均匀性，进而可以提高工艺的均匀性。
[0048]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。
【权利要求】
1.一种加热腔室，在其顶部设置有加热单元，用以采用热辐射的方式朝向所述加热腔室的内部辐射热量；在所述加热腔室的内周壁上设置有传片口，用以供被加工工件移入或移出所述加热腔室，其特征在于，所述加热腔室还包括承载装置，所述承载装置包括升降单元和顶针装置，其中: 所述顶针装置位于所述加热腔室内，用以支撑被加工工件； 所述升降单元用于驱动所述顶针装置上升或下降，以带动置于所述顶针装置上的被加工工件上升至位于所述传片口上方的工艺位进行工艺，或者下降至对应于所述传片口的装卸位进行装卸。
2.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述升降单元包括传动组件和旋转驱动源，其中: 所述旋转驱动源用于向所述传动组件提供旋转动力； 所述传动组件用于将由所述旋转驱动源提供的旋转动力转换为升降直线运动，并传递给所述顶针装置，以使所述顶针装置上升或下降。
3.根据权利要求2所述的加热腔室，其特征在于，所述传动组件包括丝杠丝母组件或齿轮齿条组件。
4.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述升降单元，包括: 直线驱动源，用于驱动所述顶针装置上升或下降。
5.根据权利要求4所述的加热腔室，其特征在于，所述直线驱动源包括直线气缸、直线电机或直线液压缸。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的加热腔室，其特征在于，所述顶针装置，包括:环形支架和至少三个顶针，其中: 所述至少三个顶针，用以支撑被加工工件； 所述环形支架水平设置在所述加热腔室内，且位于所述至少三个顶针的下方，并且所述至少三个顶针的底端固定在所述环形支架上，且沿所述环形支架的周向均匀分布； 所述环形支架与所述升降单元连接，在所述升降单元的驱动下，所述环形支架带动所述至少三个顶针同时上升或下降。
7.根据权利要求2所述的加热腔室，其特征在于，在所述加热腔室的底壁上设置有通孔，并且，所述升降单元包括连杆，其中:所述连杆的顶端与所述顶针装置固定连接，所述连杆的底端穿过所述通孔，并延伸至所述加热腔室的外部，且与所述传动组件固定连接。
8.根据权利要求7所述的加热腔室，其特征在于，在所述连杆上套制有波纹管，所述波纹管的顶端与所述加热腔室的底壁密封连接，所述波纹管的底端与所述连杆密封连接，以在所述波纹管的内部形成与所述通孔相连通的密封空间。
9.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述加热腔室在竖直方向上的高度为 155 ?165mm。
10.根据权利要求7所述的加热腔室，其特征在于，所述升降单元还包括支撑架，所述直线导轨安装在所述支撑架上，所述支撑架固定在所述加热腔室的底部，用以分别支撑所述传动组件和旋转驱动源。
11.一种等离子体加工设备，包括加热腔室和机械手，其特征在于，所述加热腔室采用权利要求1-10任意一项所述的加热腔室。
【文档编号】C23C14/22GK104233191SQ201310228234
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】武学伟 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司