CN109695022B - 工艺腔室、半导体加工设备及薄膜沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工艺腔室，包括机械卡环和基座，机械卡环包括环形本体和沿环形本体周向间隔设置的多个压爪；基座用于承载基片，且可升降；在基座上升时可将机械卡环顶起并带动机械卡环同时上升，每个压爪叠压在基片的边缘区域；在基座下降时可与机械卡环分离；还包括旋转驱动机构；旋转驱动机构用于驱动基座转动，以改变压爪叠压在基片周向上的位置。本发明还提供一种半导体加工设备及薄膜沉积方法。本发明可以解决打火现象发生的问题。

Description

工艺腔室、半导体加工设备及薄膜沉积方法

技术领域

本发明属于半导体加工设备技术领域，具体涉及工艺腔室、半导体加工设备及薄膜沉积方法。

背景技术

目前，硅通孔(Through Silicon Via，简称TSV)技术大大降低了芯片之间的互连延迟，是三维集成实现的关键技术。磁控溅射(又称为物理气相沉积，PVD)在TSV中的应用主要是在硅通孔内部沉积阻挡层和铜籽晶层。虽然，目前PVD技术中主要采用静电卡盘(ESC)对基片进行支撑和固定，但是，在TSV中通常需要采用机械卡环对基片进行固定，这是因为：其一，硅通孔与集成电路铜互连工艺不同，沉积的薄膜厚度较大，这样薄膜应力过大会导致静电卡盘无法对晶片进行静电吸附；其二，硅通孔薄膜沉积多出现在后道封装工艺中，基片一般被减薄后需要采用玻璃粘结对基片进行支撑，静电卡盘同样无法对玻璃基底进行静电吸附。

机械卡环通常包括环形本体和沿环形本体周向设置的多个压爪，压爪用于叠压在基片上，以固定基片，在沉积薄膜时，压爪叠压的基片的区域并不会沉积金属薄膜，而基片的其他区域会沉积有金属薄膜，故二者的电位不同，因此容易出现打火现象。

发明内容

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、半导体加工设备及沉积方法，可以避免打火现象的产生。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种工艺腔室，包括机械卡环和基座，所述机械卡环包括环形本体和沿所述环形本体周向间隔设置的多个压爪；所述基座用于承载基片，且可升降；在所述基座上升时可将所述机械卡环顶起并带动所述机械卡环同时上升，每个所述压爪叠压在所述基片的边缘区域；在所述基座下降时可与所述机械卡环分离；还包括旋转驱动机构；所述旋转驱动机构用于驱动所述基座转动，以改变所述压爪叠压在所述基片周向上的位置。

优选地，还包括基座波纹管装置；所述基座波纹管装置包括：波纹管和支撑轴结构；所述支撑轴结构的顶端用于支撑所述基座，底端贯穿所述腔体的底壁位于所述腔体之外；所述波纹管套置在所述支撑轴结构的顶端和腔体底壁之间的侧壁外侧；所述旋转驱动机构设置在所述腔体的外部与所述支撑轴结构相连。

优选地，所述旋转驱动机构包括：第一带轮、同步轮和第二带轮；所述第一带轮与旋转伺服电机相连，用以在所述旋转伺服电机的驱动下转动；所述同步轮分别与第一带轮和第二带轮相连，所述第二带轮与所述支撑轴结构相连，用以将所述第一带轮的转动经过所述第二带轮传递至所述支撑轴结构，以使所述支撑轴结构带动所述基座转动。

优选地，还包括：设置在腔体外的磁流体密封装置，所述磁流体密封装置包括：均为筒状结构的底座和本体，所述底座套置在所述本体的侧壁外侧且固定在所述腔体的底壁上，所述底座和本体之间的间隙通过磁流体材料密封；所述本体套置在所述支撑轴结构的侧壁外侧，所述波纹管被限制在所述本体的上端面和所述支撑轴结构的顶端之间。

优选地，还包括：升降驱动机构；所述升降驱动机构包括：支架、直线导轨和抱块；所述支架与所述本体固定；所述直线导轨与所述支架固定；所述抱块的一端抱紧所述支撑轴结构，另一端与所述直线导轨相连；所述抱块还用于与升降伺服电机相连，用于在所述升降伺服电机的驱动下沿所述直线导轨升降，并传递至所述支撑轴结构以带动所述基座升降。

优选地，所述腔体内设置有：套置在所述腔体的侧壁内侧且为筒状结构的环形内衬；所述环形内衬的下端部形成有朝向筒内延伸的悬臂；所述机械卡环放置在所述悬臂上。

优选地，所述腔体的顶壁的内表面上设置有用于安装靶材的靶材位。

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，包括工艺腔室，所述工艺腔室采用本发明上述提供的工艺腔室。

再作为另外一个技术方案，本发明还提供一种薄膜沉积方法，包括以下步骤：

驱动基座上升并将机械卡环顶起，带动所述机械卡环同时上升直至工艺位置；

第一次沉积薄膜；

预设时间后，驱动基座下降直至与所述机械卡环分离；

驱动基座转动预设角度，以改变所述基座上升时所述机械卡环的压爪叠压在所述基片周向上的位置；

驱动所述基座再次上升并将机械卡环顶起，带动所述机械卡环同时上升直至工艺位置；

第二次沉积薄膜。

优选地，所述第一次沉积薄膜和所述第二次沉积薄膜的预设厚度相同。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，可以在沉积一段时间后，借助旋转驱动机构驱动基座转动，来改变压爪叠压在基片周向上的位置，以使之前沉积时被压爪叠压的基片区域暴露在工艺环境中，之后再继续沉积，这样，整个基片上均沉积有薄膜，不会出现电位不同的现象，从而可以避免打火现象的发生。

附图说明

图1为本发明实施例提供的工艺腔室的局部结构示意图；

图2为图1中机械卡环和基座的俯视图；

图3为本发明实施例提供的薄膜沉积方法的流程图。

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、半导体加工设备及沉积方法进行详细描述。

实施例1

图1为本发明实施例提供的工艺腔室的局部结构示意图；图2为图1中机械卡环和基座的俯视图；请一并参阅图1和图2，本发明实施例提供的工艺腔室，包括腔体100、机械卡环10、基座20、旋转驱动机构30、基座波纹管装置40、磁流体密封装置50、升降驱动机构60和环形内衬70。

其中，如图2所示，机械卡环10包括环形本体101和沿环形本体101周向间隔设置的多个压爪102，压爪102用于叠压在基片S的边缘区域来固定基片S。

基座20用于承载基片S，且可升降；在基座20上升时可将机械卡环10顶起并带动机械卡环10同时上升，此时，每个压爪102叠压在基片S的边缘区域；在基座20下降时可与机械卡环10分离。

旋转驱动机构30用于驱动基座20转动，以改变压爪102叠压在基片S周向上的位置。

具体地，请参阅图2，假设图2所示压爪102和基片S的位置关系为初始位置关系的情况下，并且每个压爪102对应的圆心角为10°，四个压爪102沿环形本体101的周向间隔且均匀设置；为了使得基座20转动后压爪102叠压在基片S上的位置发生变化，即，压爪102的位置转动至基片S的其他未被压爪102叠压的区域，这样，旋转驱动机构30驱动基座20转动的角度范围在10°～85°。

本发明实施例提供的工艺腔室，可以在沉积一段时间后，借助旋转驱动机构30驱动基座20转动，来改变压爪102叠压在基片S周向上的位置，以使之前沉积时被压爪102叠压的基片区域暴露在工艺环境中，之后再继续沉积，这样，整个基片上均沉积有薄膜，不会出现电位不同的现象，从而可以避免打火现象的发生。

具体地，基座波纹管装置40包括：波纹管401和支撑轴结构402；其中，支撑轴结构402的顶端用于支撑基座20，底端贯穿腔体100的底壁位于腔体100之外；波纹管401套置在支撑轴结构402的顶端和腔体100的底壁之间的侧壁外侧；旋转驱动机构30设置在腔体100的外部与支撑轴结构402相连。

旋转驱动机构30包括：第一带轮301、同步轮302和第二带轮303；其中，第一带轮301与旋转伺服电机80相连，用以在旋转伺服电机80的驱动下转动；同步轮302分别与第一带轮301和第二带轮303相连，第二带轮303与支撑轴结构402相连，用以将第一带轮301的转动经过第二带轮303传递至支撑轴结构402，以使支撑轴结构402带动基座20转动。在实际应用中，旋转伺服电机80通过固定支架200固定在腔体100的底壁上。

磁流体密封装置50包括：均为筒状结构的底座501和本体502，其中，底座501套置在本体502的侧壁外侧且固定在腔体100的底壁上；底座501和本体502之间的间隙通过磁流体材料密封；本体502套置在支撑轴结构402的侧壁外侧，波纹管401被限制在本体502的上端面和支撑轴结构402的顶端之间。借助磁流体密封装置50可以很好地在支撑轴结构402带动基座20转动时密封底座501和本体502之间的间隙，保证腔体100内部与外部环境隔离。

底座501具体为磁体，本体502采用软磁材料制成，底座501和本体502之间的间隙填充有磁流体材料，这样，在底座501产生磁场的作用下，位于底座501和本体502之间的磁流体材料类似为O型密封圈，实现动密封。

升降驱动机构60包括：支架601、直线导轨602和抱块603；其中，支架601与本体502固定；直线导轨602与支架601固定；抱块603的一端抱紧支撑轴结构402，另一端与直线导轨602相连；抱块603还用于与升降伺服电机90相连，用于在升降伺服电机90的驱动下沿直线导轨602升降，并传递至支撑轴结构402以带动基座20升降。

环形内衬70设置在腔体100内，且环形内衬70套置在腔体100的侧壁内侧且为筒状结构；环形内衬70的下端部形成有朝向筒内延伸的悬臂；机械卡环10放置在悬臂上。

腔体100的顶壁的内表面上设置有用于安装靶材的靶材位，即，该工艺腔室为磁控溅射腔室。

实施例2

本发明实施例还提供一种半导体加工设备，包括工艺腔室，工艺腔室为本发明上述实施例提供的工艺腔室。

具体地，该半导体加工设备还包括：传输腔室和装/卸载腔室，装/卸载腔室用于装载未完成工艺的基片和已经完成工艺的基片。

本发明实施例提供的半导体加工设备，由于包括本发明上述实施例1提供的工艺腔室，因此，可以解决打火现象发生的问题，从而可以提高半导体加工设备的可靠性和稳定性。

实施例3

图3为本发明实施例提供的薄膜沉积方法的流程图，请参阅图3，本发明实施例提供的薄膜沉积方法，包括以下步骤：

S1，驱动基座上升并将机械卡环顶起，带动机械卡环同时上升直至工艺位置。

S2，第一次沉积薄膜。

S3，预设时间后，驱动基座下降直至与机械卡环分离。

S4，驱动基座转动预设角度，以改变基座上升时机械卡环的压爪叠压在基片周向上的位置。

S5，驱动基座再次上升并将机械卡环顶起，带动机械卡环同时上升直至工艺位置。

S6，第二次沉积薄膜。

本实施例提供的薄膜沉积方法可以采用本发明上述实施例1提供的工艺腔室来执行。

优选地，第一次沉积薄膜和第二次沉积薄膜的预设厚度相同，这样，可以保证基座旋转之后给之前压爪下方的区域沉积的薄膜厚度较厚。

本发明实施例提供的薄膜沉积方法，借助上述步骤S1～S6，使之前沉积时被压爪叠压的基片区域暴露在工艺环境中，之后再继续沉积，这样，整个基片上均沉积有薄膜，不会出现电位不同的现象，从而可以避免打火现象的发生。

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。

Claims (10)

1.一种工艺腔室，包括机械卡环和基座，所述机械卡环包括环形本体和沿所述环形本体周向间隔设置的多个压爪；所述基座用于承载基片，且可升降；在所述基座上升时可将所述机械卡环顶起并带动所述机械卡环同时上升，每个所述压爪叠压在所述基片的边缘区域；在所述基座下降时可与所述机械卡环分离；其特征在于，还包括旋转驱动机构和升降驱动机构；

所述旋转驱动机构用于驱动所述基座转动，以改变所述压爪叠压在所述基片周向上的位置，使整个所述基片上均沉积有薄膜；其中，

所述升降驱动机构用于驱动所述基座上升并将机械卡环顶起，带动所述机械卡环同时上升直至工艺位置，以进行第一次沉积薄膜；预设时间后，驱动所述基座下降直至与所述机械卡环分离；

所述旋转驱动机构用于驱动所述基座转动预设角度，以改变所述基座上升时所述机械卡环的压爪叠压在所述基片周向上的位置；

所述升降驱动机构还用于驱动所述基座再次上升并将机械卡环顶起，带动所述机械卡环同时上升直至工艺位置，以进行第二次沉积薄膜。

2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，还包括基座波纹管装置；

所述基座波纹管装置包括：波纹管和支撑轴结构；

所述支撑轴结构的顶端用于支撑所述基座，底端贯穿所述腔体的底壁位于所述腔体之外；

所述波纹管套置在所述支撑轴结构的顶端和腔体底壁之间的侧壁外侧；

所述旋转驱动机构设置在所述腔体的外部与所述支撑轴结构相连。

3.根据权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，所述旋转驱动机构包括：第一带轮、同步轮和第二带轮；

所述第一带轮与旋转伺服电机相连，用以在所述旋转伺服电机的驱动下转动；

所述同步轮分别与第一带轮和第二带轮相连，所述第二带轮与所述支撑轴结构相连，用以将所述第一带轮的转动经过所述第二带轮传递至所述支撑轴结构，以使所述支撑轴结构带动所述基座转动。

4.根据权利要求2所述的工艺腔室，其特征在于，还包括：设置在腔体外的磁流体密封装置，

所述磁流体密封装置包括：均为筒状结构的底座和本体，

所述底座套置在所述本体的侧壁外侧且固定在所述腔体的底壁上，

所述底座和本体之间的间隙通过磁流体材料密封；

所述本体套置在所述支撑轴结构的侧壁外侧，所述波纹管被限制在所述本体的上端面和所述支撑轴结构的顶端之间。

5.根据权利要求4所述的工艺腔室，其特征在于，所述升降驱动机构包括：支架、直线导轨和抱块；

所述支架与所述本体固定；

所述直线导轨与所述支架固定；

所述抱块的一端抱紧所述支撑轴结构，另一端与所述直线导轨相连；

所述抱块还用于与升降伺服电机相连，用于在所述升降伺服电机的驱动下沿所述直线导轨升降，并传递至所述支撑轴结构以带动所述基座升降。

6.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述腔体内设置有：套置在所述腔体的侧壁内侧且为筒状结构的环形内衬；

所述环形内衬的下端部形成有朝向筒内延伸的悬臂；

所述机械卡环放置在所述悬臂上。

7.根据权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，所述腔体的顶壁的内表面上设置有用于安装靶材的靶材位。

8.一种半导体加工设备，包括工艺腔室，其特征在于，所述工艺腔室采用权利要求1-7任意一项所述的工艺腔室。

9.一种薄膜沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：

驱动基座上升并将机械卡环顶起，带动所述机械卡环同时上升直至工艺位置；

第一次沉积薄膜；

预设时间后，驱动基座下降直至与所述机械卡环分离；

驱动基座转动预设角度，以改变所述基座上升时所述机械卡环的压爪叠压在所述基片周向上的位置；

驱动所述基座再次上升并将机械卡环顶起，带动所述机械卡环同时上升直至工艺位置；

第二次沉积薄膜。

10.根据权利要求9所述的薄膜沉积方法，其特征在于，所述第一次沉积薄膜和所述第二次沉积薄膜的预设厚度相同。

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