加热腔室及半导体加工设备的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种加热腔室及半导体加工设备。该加热腔室包括片盒、环形加热装置和反射筒，片盒用于在竖直方向上间隔承载多个被加工工件，环形加热装置套置在片盒的外侧，用以同时加热多个被加工工件，反射筒套置在环形加热装置的侧壁外侧，并且反射筒的内侧壁上包括与每个被加工工件对应的环形反射区，每个环形反射区的反射率和与之对应的被加工工件的温度具有反相关关系，用以提高多个被加工工件的加热均匀性。本发明提供的加热腔室及半导体加工设备，可以提高多个被加工工件的加热均匀性，从而可以提高工艺结果的均匀性，进而可以提高工艺质量和经济效益。
【专利说明】
加热腔室及半导体加工设备
技术领域
[0001]本发明属于微电子加工技术领域，具体涉及一种加热腔室及半导体加工设备。
【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，需要利用加热腔室将基片等被加工工件加热至300°C以上。
[0003]图1为现有的去气腔室同时加热多个被加工工件的示意图。请参阅图1，在去气腔室内沿其轴向间隔设置有多个被加工工件S，并且，在被加工工件S的外侧且沿其周向间隔设置有多个灯管10，每个灯管10沿去气腔室的轴向设置，用于同时加热上述多个被加工工件S，从而提高单次工艺的产率。
[0004]采用现有的去气腔室在实际应用中不可避免地会存在以下问题:由于位于靠近中间位置的被加工工件(如图1中的被加工工件I)受到较强的光照，位于靠上或靠下位置的基片(如图1中的被加工工件2和3)会受到相对较弱的光照，因此，加热后靠近中间位置的被加工工件S的温度较高，靠上或靠下位置的被加工工件S的温度较低，换言之，自中间位置向最上或最下位置的被加工工件的温度逐渐降低，从而造成多个被加工工件的加热温度不相等，也就是说，去气腔室在轴向上的加热均匀性差。
[0005]为此，目前亟需一种能够提高轴向设置的多个被加工工件的加热均匀性的去气腔室或加热腔室。
【发明内容】
[0006]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半导体加工设备，其可以提高多个被加工工件的加热均匀性，从而可以提高工艺结果的均匀性，进而可以提高工艺质量和经济效益。
[0007]为解决上述问题之一，本发明提供了一种加热腔室，包括片盒、环形加热装置和反射筒，所述片盒用于在竖直方向上间隔承载多个被加工工件，所述环形加热装置套置在所述片盒的外侧，用以同时加热多个所述被加工工件，所述反射筒套置在所述环形加热装置的侧壁外侧；并且所述反射筒的内侧壁上包括与每个被加工工件对应的环形反射区，每个所述环形反射区的反射率和与之对应的所述被加工工件的温度具有反相关关系，用以提高多个被加工工件的加热均匀性。
[0008]可选地，所述环形反射区的反射率的大小与所述环形反射区上设置的贯穿其内外侧壁的通孔的孔径或数量成反相关关系。
[0009]可选地，所述环形反射区的反射率的大小与所述环形反射区上设置的朝向被加工工件凸出的凸部的尺寸成反相关关系。
[0010]可选地，所述环形反射区的反射率的大小与所述环形反射区上设置的朝向所述反射筒凹陷的凹部的尺寸成正相关关系。
[0011]优选地，每个所述环形反射区上的通孔的数量为多个，且多个所述通孔沿其周向间隔且均匀设置。
[0012]优选地，每个所述环形反射区上的凸部的数量为多个，且多个所述凸部沿其周向间隔且均匀设置。
[0013]优选地，每个所述环形反射区上的凹部的数量为多个，且多个所述凹部沿其周向间隔且均匀设置。
[0014]优选地，所述反射筒的内侧壁为镜面。
[0015]可选地，所述环形加热装置包括多个加热灯管，每个加热灯管沿所述多个被加工工件的设置方向设置，并且所述多个加热灯管沿所述被加工工件的周向间隔设置形成所述环形加热装置。
[0016]优选地，所述多个加热灯管沿所述被加工工件的周向间隔且均匀设置。
[0017]可选地，所述加热腔室的侧壁上设置有作为基片通过的传片口，所述加热腔室还包括加热筒体和片盒升降装置，其中所述加热筒体设置在所述加热腔室内，且位于所述传片口上方，所述环形加热装置套置在所述加热筒体的内侧，所述反射筒套置在所述环形加热装置和所述加热筒体之间；所述片盒升降装置用于驱动所述片盒上升至由所述环形加热装置限定的内部空间的预设位置，或者下降至与所述传片口相对应的位置处。
[0018]优选地，所述加热筒体内嵌有冷却管道，所述冷却媒介经由所述冷却管道对所述加热筒体冷却。
[0019]作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括加热腔室，所述加热腔室用于将被加工工件加热至工艺所需的温度，所述加热腔室采用上述加热腔室。
[0020]本发明具有以下有益效果:
[0021]本发明提供的加热腔室，在环形加热装置的侧壁外侧还套置有反射筒，反射筒的内侧壁上包括与每个被加工工件对应的环形反射区，每个环形反射区的反射率和与之对应的被加工工件的温度具有反相关关系，也就是说，若其中一个被加工工件的温度较高，则设置与该被加工工件对应的环形反射区的反射率较低，以使朝向该被加工工件反射的能量较弱，从而可避免该被加工工件的温度更高；若其中另一个被加工工件的温度较低，则设置与该被加工工件对应的环形反射区的反射率较高，以使朝向该被加工工件反射的能量较强，从而提高该被加工工件的温度。由此可知，本发明提供的加热腔室，通过设置不同被加工工件对应的环形反射区的反射率差异，来补偿各个被加工工件之间的温度差异，因而可以提高单次加热工艺的多个被加工工件的加热均匀性，从而可以提高工艺结果的均匀性，进而可以提高工艺质量和经济效益。
[0022]本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明另一技术方案提供的加热腔室，从而可以单次加热工艺的多个被加工工件的加热均匀性，从而可以提高工艺质量和经济效益。
【附图说明】
[0023]图1为现有的去气腔室同时加热多个被加工工件的示意图；
[0024]图2为本发明实施例提供的加热腔室的剖视图；
[0025]图3为本发明实施例提供的加热腔室的分解图；
[0026]图4为图2中的反射筒的立体图；
[0027]图5为反射筒套置在环形加热装置外侧的示意图；以及
[0028]图6为本发明实施例提供的加热腔室同时均匀加热多个被加工工件的原理示意图。
【具体实施方式】
[0029]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半导体加工设备进行详细描述。
[0030]图2为本发明实施例提供的加热腔室的剖视图；图3为本发明实施例提供的加热腔室的分解图；图4为图2中的反射筒的立体图；图5为反射筒套置在环形加热装置外侧的示意图。请一并参阅图2-图5，本实施例提供的加热腔室20包括片盒201、环形加热装置202、反射筒203、加热筒体204、片盒升降装置205、腔门206和腔室本体组件207。其中，片盒201用于在竖直方向上间隔承载多个被加工工件S，具体地，片盒201包括天板2011、底板2012和多个立柱2013组成，立柱2013上沿其长度方向设置有多个用于承载被加工工件S的承载部，承载部具体为设置的片槽或凸部等。环形加热装置202套置在片盒201的外侦牝用于在周向上向位于其内的多个被加工工件S的辐射光，以同时加热多个被加工工件S，具体地，环形加热装置202包括多个加热灯管2021，每个加热灯管2021沿多个被加工工件S的设置方向设置，多个加热灯管2021沿被加工工件S的周向间隔设置形成环形加热装置202，更具体地，每个加热灯管2021为条状灯管。
[0031]反射筒203套置在环形加热装置202的侧壁外侧，并且，反射筒203的内侧壁上包括与每个被加工工件S对应的环形反射区，也就是说，每个环形反射区为在被加工工件S所在高度处的反射筒203的环形内侧壁，每个环形反射区的反射率和与之对应的被加工工件S的温度具有反相关关系，用以提高多个被加工工件S的加热均匀性，所谓反射率用于表征环形反射区朝向与之对应的被加工工件S反射能量的能力，反射率越大，则反射能量的能力越强，反射率越小，则反射能量的能力越弱。在本实施例中，由于通过加热灯管2021作为加热源，则环形反射区反射的是加热灯管2021发出的光，反射的能量是光能。
[0032]具体地，若其中一个被加工工件S的温度较高，则设置与该被加工工件S对应的环形反射区的反射率较低，以使朝向该被加工工件S反射的光较弱，从而避免该被加工工件S的温度更高；若其中另一个被加工工件S的温度较低，则设置与该被加工工件S对应的环形反射区的反射率较高，以使朝向该被加工工件S反射的光较强，从而提高该被加工工件S的温度。
[0033]由上可知，本发明提供的加热腔室，通过设置不同被加工工件S对应的环形反射区的反射率差异，来补偿各个被加工工件S之间的温度差异，具体地，如图6所示，对应较低温度的被加工工件a和C，环形反射区的反射光较强；对应温度较高的被加工工件b，环形反射区的反射光较弱，通过反射光的强弱差异可以补偿被加工工件a和b、b和c之间的温度差异，因而可以提高单次加热工艺的多个被加工工件S的加热均匀性，从而可以提高工艺结果的均匀性，进而可以提高工艺质量和经济效益。
[0034]在本实施例中，为实现设置每个环形反射区的反射率的大小，具体地，环形反射区的反射率的大小与环形反射区上设置的贯穿其内外侧壁的通孔2031的孔径或数量成反相关关系。更具体地，若通孔2031的孔径越大，环形加热装置202朝向反射筒203的光会越多地经由该通孔2031向外传递，越少的光会受到反射筒203的内侧壁的阻挡朝向对应的被加工工件S反射，从而该环形反射区的反射率低；若通孔2031的孔径越小，环形加热装置202朝向反射筒203的光会越少的经由通孔2031向外传递，越多的光会受到反射筒203的内侧壁的阻挡朝向对应的被加工工件S反射，从而该环形反射区的反射率高。
[0035]若通孔2031的数量越多，环形加热装置202朝向反射筒203的光会越多地经由该通孔2031向外传递，越少的光会受到反射筒203的内侧壁的阻挡朝向对应的被加工工件S反射，从而该环形反射区的反射率低；若通孔2031的数量越少，环形加热装置202朝向反射筒203的光会越少的经由通孔2031向外传递，越多的光会受到反射筒203的内侧壁的阻挡朝向对应的被加工工件S反射，从而该环形反射区的反射率高。
[0036]在上述情况下，为解决现有技术中竖直方向间隔设置的多个被加工工件S自中间位置向最上或最下位置的被加工工件S的温度逐渐降低的技术问题，在本实施例中，每个环形反射区上的通孔2031的数量相同，并且自中间位置向最上或最下位置的被加工工件S，对应的环形反射区的通孔2031的孔径逐渐减小，如图4和图5所示。
[0037]优选地，每个环形反射区上的通孔2031的数量为多个，且多个通孔2031沿其周向间隔且均匀设置，这可以实现朝向与之对应的被加工工件S的反射光在周向上均匀照射，从而可以提高每个被加工工件S的加热均匀性。
[0038]优选地，反射筒203的内侧壁为镜面，这可以实现更好地反射光，从而可以提高加热灯管的热利用率，提尚工艺效率，进而可以提尚经济效益。
[0039]另外优选地，环形加热装置202的多个加热灯管沿被加工工件S的周向间隔且均匀设置，这可以提高每个被加工工件S在周向上的加热均匀性。
[0040]如图2和图5所示，加热腔室的侧壁上设置有作为基片通过的传片口 208，加热筒体204设置在加热腔室内，且位于传片口 208上方；环形加热装置202套置在加热筒体204的内侧，反射筒203套置在环形加热装置202和加热筒体204之间；片盒升降装置205用于驱动片盒201上升至由环形加热装置202限定的内部空间的预设加热位置，或者下降至与传片口 208相对应的位置处，以经由传片口 208向片盒201装卸载被加工工件S。
[0041]下面详细描述本发明实施例提供的加热腔室的工作过程。具体地，首先，利用片盒升降装置205驱动片盒201作升降运动，以使得片盒201的各个立柱上其中一个承载部移动至与传片口 208相同高度的位置处，再利用机械手经由传片口 208将被加工工件S传输至加热腔室内，并放置于位于与传片口 208相同高度的位置处的承载部上，重复进行上述操作，直至所有的承载部上均装载有被加工工件S。然后，利用片盒升降装置205驱动片盒201上升至环形加热装置202限定的内部空间，如图2中片盒201所在位置，然后开启环形加热装置202，以使其对多个被加工工件S同时进行加热。最后，待加热完成之后，关闭环形加热装置202，并利用片盒升降装置205驱动片盒201下降至与传片口 208相对应的位置处，并且调节片盒201相对于传片口 208的高度，将其中一个被加工工件S移动至与传片口208相同高度的位置处，再由机械手经由传片口 208移入加热腔室内，并取出位于与传片口208相同高度的位置处的被加工工件S，重复进行上述操作，直至将片盒201内的所有被加工工件S取出。
[0042]优选地，由于反射筒203会朝向加热筒体204辐射热量，为了防止加热筒体204过热，加热筒体204内嵌有冷却管道2041，冷却媒介经由冷却管道2041对加热筒体204冷却，冷却媒介包括冷却水或冷却气体。具体地，冷却管道2041具有入口和出口(图中未示出)，二者分别与用于输入/输出冷却水的两个水路接头连接，形成循环冷却。进一步优选的，加热腔室还可以包括温控安全装置，用于监测加热筒体204的温度，并在加热筒体204的温度高于预设的安全阈值时发出报警信号。
[0043]腔门206设置在腔室组件的侧壁上，可以通过开启腔门206来更换片盒201，以更换装载不同基片尺寸的片盒201，从而可以扩展加热腔室的应用范围。并且，腔门206上设置有观察窗，以便于观察加热腔室内部情况。
[0044]腔室本体组件207上设置有隔离阀、真空规、检测传感器等一系列真空装置和检测装置，以保证加热腔室的真空性。
[0045]需要说明的是，尽管在本实施例中是在每个环形反射区上通孔2031数量一定的条件下，通过设置环形反射区上的通孔2031的孔径来设置不同环形反射区的反射率大小；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以根据每个环形反射区的反射率大小与其上的通孔2031的孔径或数量成反相关关系，同时通过设置环形反射区上的通孔2031的孔径和数量来设置不同环形反射区的反射率大小。
[0046]还需要说明的是，尽管在本实施例中是通过在环形反射区上设置通孔2031来实现设置其反射率大小；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用其他方式实现设置环形反射区的反射率大小。例如，环形反射区的反射率与环形反射区上设置的朝向被加工工件凸出的凸部的尺寸成反相关关系，具体地，若凸部尺寸越大就会将越多的光向外反射，而朝向该环形反射区对应的被加工工件S反射的光就越弱，从而该环形反射区的反射率就越小；若凸部的尺寸越小就会将越少的光向外反射，而朝向该环形反射区对应的被加工工件S反射的光越强，从而该环形反射区的反射率就越大。在上述情况下，若竖直方向的多个被加工工件S自中间位置向最上或最下位置的温度逐渐降低，则自中间位置向最上或最下位置的被加工工件S对应的环形反射区的凸部的尺寸逐渐减小。
[0047]再如，环形反射区的反射率的大小与环形反射区上设置的朝向反射筒凹陷的凹部的尺寸成正相关关系，具体地，若凹部尺寸越大，就会将越多的光反射后汇聚至与该环形反射区对应的区域，也就是说，该环形反射区朝向与之对应的被加工工件S的反射光越强，从而该环形反射区的反射率就越大；若凹部的尺寸越小，就会将越少的光反射后汇聚至与该环形反射区对应的区域，也就是说，该环形反射区朝向与之对应的被加工工件S的反射光越弱，从而该环形反射区的反射率就越小。在上述情况下，若竖直方向的多个被加工工件S自中间位置向最上或最下位置的温度逐渐降低，则自中间位置向最上或最下位置的被加工工件S对应的环形反射区的凹部的尺寸逐渐增大。
[0048]可以理解，上述每个环形反射区内的凸部或凹部为多个，且多个凸部或凹部沿其周向向间隔且均匀设置，这可以实现朝向与之对应的被加工工件S的反射光在周向上均匀照射，从而可以提高每个被加工工件S的加热均匀性。
[0049]进一步需要说明的是，在本实施例中，每个环形反射区的反射率的设置方式相同，且均采用设置通孔2031的方式；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，同一反射筒203的不同环形反射区还可以采用不同的反射率设置方式，例如，可以在同一反射筒203中同时采用上述设置通孔2031、凸部和凹部的方式中的任意两种或三种。
[0050]另外需要说明的是，尽管在本实施例中采用加热灯管2021向外辐射光的方式加热被加工工件S ;但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用其他方式加热被加工工件S，例如，采用电磁加热方式加热，具体地，环形加热装置202为侧壁上螺旋缠绕有感应线圈的环形装置，片盒201的立柱2013上设置有承载被加工工件S的承载板，承载板采用导磁材料制成，感应线圈产生的电磁场能够耦合加热该承载板，从而间接加热位于承载板上的被加工工件S。在该情况下，环形反射区反射的是电磁波，反射的能量是电磁能。
[0051]作为另外一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括加热腔室，加热腔室用于将被加工工件加热至工艺所需的温度，加热腔室采用本发明上述实施例提供的加热腔室。
[0052]具体地，半导体加工设备包括物理气相沉积设备，更具体地，加热腔室作为去气腔室，用于将被加工工件加热至预设温度，以去除被加工工件表面上水蒸气及其它易挥发性杂质。
[0053]本实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明上述实施例提供的加热腔室，因而可以提高单次加热工艺的多个被加工工件的加热均匀性，从而可以提高工艺质量和经济效益。
[0054]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。
【主权项】
1.一种加热腔室，包括片盒和环形加热装置，所述片盒用于在竖直方向上间隔承载多个被加工工件，所述环形加热装置套置在所述片盒的外侧，用以同时加热多个所述被加工工件，其特征在于，还包括反射筒，所述反射筒套置在所述环形加热装置的侧壁外侧；并且 所述反射筒的内侧壁上包括与每个被加工工件对应的环形反射区，每个所述环形反射区的反射率和与之对应的所述被加工工件的温度具有反相关关系，用以提高多个被加工工件的加热均匀性。2.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述环形反射区的反射率的大小与所述环形反射区上设置的贯穿其内外侧壁的通孔的孔径或数量成反相关关系。3.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述环形反射区的反射率的大小与所述环形反射区上设置的朝向被加工工件凸出的凸部的尺寸成反相关关系。4.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述环形反射区的反射率的大小与所述环形反射区上设置的朝向所述反射筒凹陷的凹部的尺寸成正相关关系。5.根据权利要求2所述的加热腔室，其特征在于，每个所述环形反射区上的通孔的数量为多个，且多个所述通孔沿其周向间隔且均匀设置。6.根据权利要求3所述的加热腔室，其特征在于，每个所述环形反射区上的凸部的数量为多个，且多个所述凸部沿其周向间隔且均匀设置。7.根据权利要求4所述的加热腔室，其特征在于，每个所述环形反射区上的凹部的数量为多个，且多个所述凹部沿其周向间隔且均匀设置。8.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述反射筒的内侧壁为镜面。9.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述环形加热装置包括多个加热灯管，每个加热灯管沿所述多个被加工工件的设置方向设置，并且 所述多个加热灯管沿所述被加工工件的周向间隔设置形成所述环形加热装置。10.根据权利要求9所述的加热腔室，其特征在于，所述多个加热灯管沿所述被加工工件的周向间隔且均匀设置。11.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述加热腔室的侧壁上设置有作为基片通过的传片口，所述加热腔室还包括加热筒体和片盒升降装置，其中 所述加热筒体设置在所述加热腔室内，且位于所述传片口上方，所述环形加热装置套置在所述加热筒体的内侧，所述反射筒套置在所述环形加热装置和所述加热筒体之间； 所述片盒升降装置用于驱动所述片盒上升至由所述环形加热装置限定的内部空间的预设位置，或者下降至与所述传片口相对应的位置处。12.根据权利要求11所述加热腔室，其特征在于，所述加热筒体内嵌有冷却管道，所述冷却媒介经由所述冷却管道对所述加热筒体冷却。13.一种半导体加工设备，包括加热腔室，所述加热腔室用于将被加工工件加热至工艺所需的温度，其特征在于，所述加热腔室采用权利要求1-12任意一项所述的加热腔室。
【文档编号】H01L21/67GK106033734SQ201510109305
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月12日
【发明人】璐惧己, 贾强
【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