CN116695086B - 工艺腔室、半导体工艺设备和薄膜沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工艺腔室、半导体工艺设备和薄膜沉积方法，包括：反应腔室，在反应腔室中设置有用于承载晶圆的基座；加热腔室，与反应腔室连通；加热腔室的顶部设置有热辐射装置，用于朝向加热腔室内部辐射热量；传输装置，设置于反应腔室中，用于承载晶圆，且能够将晶圆在反应腔室与加热腔室之间传输。本发明提供的工艺腔室、半导体工艺设备和薄膜沉积方法，可以提高对晶圆的加热效率和加热均匀性。

Description

工艺腔室、半导体工艺设备和薄膜沉积方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种工艺腔室、半导体工艺设备和薄膜沉积方法。

背景技术

磁控溅射是物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，PVD)技术的一种，是半导体工业中使用最广泛的一类薄膜制造技术。随着集成电路的发展，为降低芯片损耗和RC延时，提高芯片速度，具有较低电阻率的铜逐步取代其他材料被广泛应用到半导体制造后段互连工艺。

在现有的铜互连工艺中，由于铜很难被刻蚀，因此铜互连工艺中大量使用大马士革双嵌套结构，铜的大马士革结构首先通过刻蚀在金属间介质层中形成通孔和互连线沟槽，然后通过PVD淀积阻挡层(例如TiN)和铜籽晶层，再通过化学电镀大量沉积铜。在淀积铜籽晶层时，由于芯片特征尺寸越来越小，沟槽的深宽比较高，在沉积铜时，金属原子并不会全部都垂直于沟槽底部一层层沉积，这就导致因沟槽开口处铜薄膜的生长速度较快而出现沟槽顶部沉积物悬垂甚至堵住开口，使沟槽底部形成空洞而影响芯片电学性能。对此，为了保证铜材料能够顺利填充在通孔结构中，通常需要在完成阻挡层(例如TiN)和铜籽晶层的沉积工艺之后，进行铜薄膜的回流工艺。由于粒度对金属的溶化热力学性质有较大的影响，随着金属粒径的减小，其溶化温度也随之减小，且纳米尺度下的铜表面能和表面张力均有所增加，基于此，在进行铜的回流工艺时，通过将铜加热到300℃或以上，可以使溶化的铜薄膜原子在铜表面张力及沟槽毛细作用下，逐渐迁移到沟槽底部以实现更好的填充。

现有的PVD设备通常是在腔室内部增加热辐射源，用于在进行回流工艺时对晶圆进行加热，但是，目前的热辐射源的一种设置方式是在腔室周边的位置处，距离晶圆较远，导致对晶圆的加热效率较低，加热均匀性较差。还有一种设置方式是设置在用于传输遮蔽盘的传输装置上，但是这种方式很难将辐射出的热量集中于晶圆表面，大部分热量照射到了晶圆之外的区域，导致热量损耗较多，晶圆的加热效率较低，加热均匀性较差。

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、半导体工艺设备和薄膜沉积方法，其可以提高对晶圆的加热效率和加热均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种工艺腔室，包括：

反应腔室，在所述反应腔室中设置有用于承载晶圆的基座；

加热腔室，与所述反应腔室连通；所述加热腔室的顶部设置有热辐射装置，用于朝向所述加热腔室内部辐射热量；

传输装置，设置于所述反应腔室中，用于承载晶圆，且能够将所述晶圆在所述反应腔室与所述加热腔室之间传输。

可选的，所述加热腔室内还存放有遮蔽盘；所述传输装置还用于承载所述遮蔽盘，且能够将所述遮蔽盘在所述反应腔室与所述加热腔室之间传输。

可选的，所述传输装置用于在所述反应腔室对所述晶圆进行半导体工艺前，将所述加热腔室内存放的所述遮蔽盘传输到所述基座上方，并且在所述反应腔室开始对所述晶圆进行半导体工艺时，将所述遮蔽盘传输到所述加热腔室；或者

所述传输装置用于在所述反应腔室内的所述晶圆完成半导体工艺之后，将所述晶圆传输到所述热辐射装置下方，以使所述热辐射装置能够对所述晶圆进行加热，并且在所述加热结束之后，将所述晶圆传输到所述基座上。

可选的，所述加热腔室的顶壁设置有反射面，所述反射面用于将所述热辐射装置辐射出的热量向位于所述加热腔室内的晶圆表面反射。

可选的，所述反射面或所述加热腔室的顶壁外表面上设置有冷却流道，所述冷却流道用于传输冷却流体。

可选的，所述加热腔室的顶壁形成有凹部，所述凹部的内表面构成所述反射面，且所述凹部的内表面形状被设置为能够使反射的光线朝向位于所述加热腔室内的晶圆表面聚拢，并使光线覆盖整个晶圆表面。

可选的，所述反射面包括平面和环绕于所述平面周围的环形面，其中，所述平面平行于水平面，所述环形面的高度自所述平面的边缘向靠近所述加热腔室的顶壁四周边缘递减。

可选的，所述热辐射装置包括环形灯管，所述环形灯管环绕设置于所述环形面内侧，且位于所述平面的边缘外侧。

可选的，所述加热腔室包括顶部具有开口的腔室主体，和设置于所述腔室主体顶部的反射板，所述反射板与所述腔室主体密封连接，用于密封所述开口；所述反射板具有所述反射面，且所述反射面自所述开口暴露于所述加热腔室中。

可选的，所述腔室主体顶部的所述开口处设置有第一环形凸部，所述反射板的外周边缘处设置有第二环形凸部，所述第二环形凸部叠置于所述第一环形凸部上，且所述第一环形凸部与所述第二环形凸部通过螺钉固定连接；

所述第一环形凸部与所述第二环形凸部之间还设置有密封件，用于密封所述开口。

可选的，还包括：设置于所述加热腔室内的第一升降装置，所述第一升降装置用于在所述加热腔室中承载所述遮蔽盘；

所述第一升降装置和所述传输装置中的至少一者能够带动置于其上的所述遮蔽盘升降，以实现所述遮蔽盘在所述第一升降装置和所述传输装置之间的传递。

可选的，在所述传输装置向所述加热腔室传输所述晶圆时，所述第一升降装置用于带动置于其上的所述遮蔽盘降至低于所述晶圆的位置。

可选的，还包括：设置于所述反应腔室内的第二升降装置，所述第二升降装置用于在所述反应腔室中承载所述晶圆；

所述第二升降装置和所述基座中的至少一者能够带动置于其上的所述晶圆升降，以实现所述晶圆在所述第二升降装置和所述基座之间的传递。

可选的，所述传输装置包括传输手臂和第二驱动源，其中，所述传输手臂用于承载所述遮蔽盘或所述晶圆，所述第二驱动源用于驱动所述传输手臂在所述反应腔室与所述加热腔室之间运动；

所述传输手臂包括竖直设置的旋转轴，以及垂直于所述旋转轴的连接臂和承载部，其中，所述旋转轴的下端与所述第二驱动源连接，所述旋转轴的上端与所述连接臂的一端连接，所述连接臂的另一端与所述承载部连接；

所述第二升降装置包括沿所述基座的周向间隔设置的多个顶针，所述承载部用于承载所述遮蔽盘或晶圆在移动至所述反应腔室内时，其至少一部分能够从相邻顶针之间的间隔移入多个顶针所围的空间中，以使所述遮蔽盘或晶圆位于所述基座上方。

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

可选的，所述半导体工艺设备包括物理气相沉积设备。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种薄膜沉积方法，包括：

在反应腔室内的晶圆完成半导体工艺后，将加热腔室内的遮蔽盘下降至所述加热腔室中的第一承载位置，所述加热腔室与所述反应腔室连通；

将所述晶圆传输至所述加热腔室中的第二承载位置，所述第二承载位置高于所述第一承载位置；

从所述加热腔室的顶部向所述晶圆辐射热量，以对所述晶圆进行热处理。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的工艺腔室、半导体工艺设备和薄膜沉积方法的技术方案中，可在进行诸如金属回流工艺等的热处理工艺之前，利用传输装置承载晶圆，将该晶圆从反应腔室传输至加热腔室中，并在进行热处理工艺时利用在加热腔室的顶部设置的热辐射装置，朝向加热腔室内部的晶圆辐射热量，从而实现对晶圆的加热，完成热处理工艺。本方案是在加热腔室中加热晶圆，由于加热腔室的体积可被设置为相对于反应腔室更小，这可以使热量分布更集中，热量损坏更小，从而可以提高晶圆升温速率；同时，通过将上述热辐射装置设置于加热腔室的顶部，可以直接对晶圆上表面进行加热，从而可以进一步提高晶圆升温速率；此外，由于反应腔室和加热腔室相连通，可以在一个工艺腔室内完成诸如沉积、刻蚀等半导体工艺和热处理，提高了半导体制造效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的物理气相沉积设备的剖面图；

图2为本发明实施例采用的加热腔室的局部放大图；

图3为本发明实施例采用的传输装置的传输手臂的结构图；

图4为本发明实施例采用的传输装置的传输手臂在承载晶圆时的结构图；

图5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物理气相沉积设备和薄膜沉积方法进行详细描述。

相关技术中，工艺腔室包括腔室主体、与该腔室主体的内部连通的遮蔽盘库、遮蔽盘及传输机构，其中，在腔体主体中设置有基座和顶针机构；基座用于在进行薄膜沉积工艺时承载被加工工件；顶针机构通过升降来实现与基座之间传递晶圆，传输机构用于在使用新靶材或预热腔室时，将遮蔽盘库中的遮蔽盘传输至基座或晶圆上方，以避免基座或晶圆被污染。在该相关技术中，传输机构的传输手臂上设置有加热元件，当晶圆的铜籽晶层沉积工艺完成后，顶针机构将晶圆提升至回流工艺位，传输手臂旋转至晶圆下方以加热晶圆背面实现铜回流。在回流工艺完成之后，传输手臂在驱动装置驱动下旋转至遮蔽盘库中。

但是，上述回流方式是利用传输手臂上的加热元件对晶圆的背面进行加热，一方面，受限于用来支撑晶圆的顶针机构的位置，传输手臂的托盘面积有限，加热元件的面积并不能覆盖整个晶圆背面，并且此加热方式很难将辐射出的热量集中于晶圆表面，导致热量损耗较多，晶圆的加热效率较低。

为了解决上述技术问题，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反应腔室1、加热腔室2和传输装置4，其中，在反应腔室1中设置有用于承载晶圆9的基座3，该基座3例如为静电卡盘，可选的，该基座3中还与射频电源电连接，用于在晶圆9表面形成射频偏压。在反应腔室1中，且位于基座3上方设置有靶材7，该靶材7与激励电源电连接，用于激发反应腔室1中的工艺气体(例如氩气)形成等离子体，并轰击靶材7，从靶材7逸出的靶材材料在上述射频偏压的作用下朝晶圆9表面移动，并沉积在晶圆9表面形成薄膜。另外，可选的，在靶材7上方设置有磁控管8。上述反应腔室1可以应用于铜(Cu)、钌(Ru)、钴(Co)、钼(Mo)、钨(W)、铑(Rh)、钛(Ti)、钽(Ta)、铝(Al)等薄膜的沉积。

加热腔室2与反应腔室1连通。在此基础上，加热腔室2的顶部设置有热辐射装置11，用于朝向加热腔室2内部辐射热量。上述传输装置4用于承载晶圆9，且能够将晶圆9在反应腔室1与加热腔室2之间传输。这样，在进行诸如金属回流工艺等的热处理工艺之前，可以利用传输装置4承载晶圆9，将该晶圆9从反应腔室1传输至加热腔室2中，并在进行热处理工艺时利用在加热腔室2的顶部设置的热辐射装置11，朝向加热腔室2内部的晶圆9辐射热量，从而实现对晶圆9的加热，完成热处理工艺。本方案是在加热腔室2中加热晶圆9，由于加热腔室2的体积可被设置为相对于反应腔室1更小，这可以使热量分布更集中，热量损失更小，从而可以提高晶圆9升温速率；同时，通过将上述热辐射装置11设置于加热腔室2的顶部，可以直接对晶圆9上表面进行加热，且能够设置热辐射装置11的面积大于或等于晶圆9的面积，从而能够对整个晶圆9的表面进行均匀加热。本发明实施例中的加热腔室可以适用于回流等热处理工艺，由于反应腔室和加热腔室相连通，可以在一个工艺腔室内完成诸如沉积、刻蚀等半导体工艺和热处理，提高了半导体制造效率。

在一些可选的实施例中，为了简化设备结构，减小设备占用空间，降低设备成本，加热腔室2内还存放有遮蔽盘10，即，加热腔室2既用于进行热处理工艺，又用于存放遮蔽盘10。

通常，工艺腔室会配备有遮蔽盘10和用于存放遮蔽盘的遮蔽盘库，在使用新靶材进行工艺，或者在开腔维护后重新进行工艺时，为避免靶材表面可能被污染的金属沉积到晶圆表面，通常需要在进行正常半导体工艺前先预热腔室和轰击掉靶材表面污染物，此时会使用遮蔽盘10遮挡在基座3的上方，而在进行正常半导体工艺时，需要将遮蔽盘10移动至与反应腔室1连通的遮蔽盘库中。在这种情况下，可选的，该遮蔽盘库用作上述加热腔室2，这样只需在原有的遮蔽盘库上增设热辐射装置11即可，而无需占用反应腔室1的内部空间，也无需大幅度改进反应腔室1的结构，从而可以降低设计难度，节省设备成本。此外，上述遮蔽盘库的体积相对于反应腔室1更小，这可以使热量分布更集中，热量损坏更小，从而可以提高晶圆9升温速率。

在加热腔室2既用于进行热处理工艺，又用于存放遮蔽盘10的基础上，上述传输装置4还用于承载遮蔽盘10，且能够将遮蔽盘10在反应腔室1与加热腔室2之间传输。可选的，传输装置4用于在反应腔室1对晶圆进行半导体工艺(例如金属薄膜沉积工艺)前，将加热腔室2内存放的遮蔽盘10传输到基座3上方，以能够在进行诸如预热腔室和轰击掉靶材表面污染物等的预处理工艺时，利用遮蔽盘10遮挡基座3，以避免基座3被污染。并且，在反应腔室1开始对晶圆进行半导体工艺时，将遮蔽盘10传输到加热腔室2中存放，以保证工艺的正常进行。或者，传输装置4还用于在反应腔室1内的晶圆完成半导体工艺之后，将晶圆传输到热辐射装置11下方，以使热辐射装置11能够对晶圆进行加热，并且在加热结束之后，将晶圆传输到基座3上，从而完成对晶圆的热处理。

在一些可选的实施例中，为了进一步提高热量利用率，提高加热效率，加热腔室2的顶壁设置有反射面221，该反射面221用于将热辐射装置11辐射出的热量向位于加热腔室2内的晶圆9表面反射。进一步可选的，该反射面221为镜面，该镜面例如为光洁度小于或等于Ra0.1的弧面。

在一些可选的实施例中，反射面221或加热腔室2的顶壁外表面上设置有冷却流道，该冷却流道用于传输冷却流体，例如冷却水，以在进行热处理工艺时，对加热腔室2的顶壁进行冷却，从而可以避免因加热腔室2的顶壁的外表面温度过高而造成人员烫伤。例如，如图2所示，加热腔室2的顶壁外表面上形成有凹道14和密封该凹道14的盖板15，凹道14与盖板15合围形成上述冷却流道。上述冷却流道在反射面221或加热腔室2的顶壁外表面上的分布方式可以根据具体需要而设定。

在一些可选的实施例中，在提高加热效率的基础上，加热腔室2的顶壁形成有凹部222，该凹部222的内表面构成上述反射面221，且该凹部222的内表面形状被设置为能够使反射的光线朝向位于加热腔室2内的晶圆9表面聚拢，并使光线覆盖整个晶圆9表面，从而可以提高加热均匀性。

实现上述功能的凹部222的内表面形状可以有多种，例如，上述反射面221包括平面221a和环绕于该平面221a周围的环形面221b，其中，平面221a平行于水平面，环形面221b的高度自平面221a的边缘向靠近加热腔室2的顶壁四周边缘递减，即，上述凹部222的开口尺寸由上而下递增。这样，环形面221b可以将照射至其上的光线反射并朝向整个晶圆9表面聚拢。可选的，上述环形面221b的外径大于或等于晶圆9直径。

上述环形面221b可以是环形锥面，在这种情况下，可以通过设置环形锥面相对于水平面的倾斜角度，来使照射至其上的光线反射并朝向整个晶圆9表面聚拢，且能够使光线覆盖整个晶圆9表面。或者，上述环形面221b也可以是环形弧面，在这种情况下，可以通过设置环形弧面相对于水平面的倾斜角度，以及环形弧面的弧度来使照射至其上的光线反射并朝向整个晶圆9表面聚拢，且能够使光线覆盖整个晶圆9表面。例如，环形弧面可以为球面的一部分。

在一些可选的实施例中，在采用上述反射面221的基础上，热辐射装置11包括环形灯管，该环形灯管环绕设置于环形面221b内侧，且位于平面221a的边缘外侧。由于环形灯管在晶圆9上方环绕设置，这样不仅可以增加照射至晶圆9表面的热量，提高加热效率，而且还可以提高加热均匀性。另外，通过使环形灯管环绕设置于环形面221b内侧，且位于平面221a的边缘外侧，可以使环形灯管发出的光线能够更多地照射至环形面221b上，以利用环形面221b来使照射至其上的光线反射并朝向整个晶圆9表面聚拢，从而使光线覆盖整个晶圆9表面。本领域技术人员可以根据实际情况合理设置环形灯管的直径以及环形灯管与晶圆9之间的距离，以使得光线覆盖整个晶圆9表面并具有一定的温度均匀性。

可选的，上述环形灯管可以利用固定件固定于加热腔室2的顶壁，该固定件例如为卡接件。而且，可以在加热腔室2的顶壁中设置引线通道，该引线通道用于将环形灯管的接线自反射面221引出至加热腔室2之外，并与外部的电源电连接，从而实现环形灯管的供电。需要说明的是，在本实施例中，上述环形灯管为一个，但是，本发明实施例并不局限于此，在实际应用中，上述环形灯管也可以是多个，且多个环形灯管同心设置，并分布在不同的圆周。当然，热辐射装置11还可以采用其他形状的加热灯，例如螺旋形灯管、条形灯管、灯泡等等。

在一些可选的实施例中，为了便于热辐射装置11的安装，加热腔室2包括顶部具有开口的腔室主体21，和设置于腔室主体21顶部的反射板22，该反射板22与腔室主体21密封连接，用于密封开口；反射板22具有上述反射面221，且反射面221自开口暴露于加热腔室2中。上述热辐射装置11可以与反射板22固定连接。进一步可选的，为了实现反射板22与加热腔室2的密封，保证加热腔室2内部和反应腔室1内部的密封性，腔室主体21顶部的开口处设置有第一环形凸部211，反射板22的外周边缘处设置有第二环形凸部223，第二环形凸部223叠置于第一环形凸部211上，且第一环形凸部211与第二环形凸部223通过螺钉固定连接；第一环形凸部211与第二环形凸部223之间还设置有密封件12，用于密封开口。另外，可选的，可以在第一环形凸部211与第二环形凸部223之间设置定位结构，以实现二者的定位，从而为反射板22的安装提供方便。该定位结构例如为至少一个定位销13。

在一些可选的实施例中，在加热腔室2既用于进行热处理工艺，又用于存放遮蔽盘10的基础上，工艺腔室还包括设置于加热腔室2(例如为遮蔽盘库)的第一升降装置5，例如可以为顶针机构，该第一升降装置5用于在加热腔室2中承载遮蔽盘10；第一升降装置5和传输装置4中的至少一者能够带动置于其上的遮蔽盘10升降，以实现遮蔽盘10在第一升降装置5和传输装置4之间的传递。另外，可选的，在传输装置4向加热腔室2传输晶圆时，第一升降装置5用于带动置于其上的遮蔽盘10降至低于晶圆的位置(即，低于晶圆移入加热腔室2中进行热处理工艺时的位置)，以使晶圆在移入加热腔室2中时，位于遮蔽盘10的上方，热辐射装置11的下方，从而可以利用热辐射装置11从加热腔室2的顶部向晶圆辐射热量，实现对晶圆的热处理。

在一些可选的实施例中，在加热腔室2既用于进行热处理工艺，又用于存放遮蔽盘10的基础上，工艺腔室还包括设置于反应腔室1的第二升降装置6，例如可以为顶针机构，该第二升降装置6用于在反应腔室1中承载晶圆9；第二升降装置6和基座3中的至少一者能够带动置于其上的晶圆9升降，以实现晶圆9在第二升降装置6和基座3之间的传递。

上述第一升降装置5和第二升降装置6均可以包括在圆周方向上间隔设置的至少三个顶针，例如图2中示出的第一升降装置5，其具有至少三个第一顶针51，图2仅示意性地示出了两个第一顶针51。至少三个第一顶针51的顶端构成用于承载遮蔽盘10或晶圆9的承载面。如果上述第一升降装置5和/或第二升降装置6能够升降，还包括与至少三个第一顶针51连接的升降机构，例如图2中示出的第一升降装置5的升降机构52，在升降机构52的驱动下，至少三个第一顶针51能够同步上升或下降。对于第二升降装置6，其至少三个第二顶针61(图2仅示意性地示出了两个)例如可以贯穿基座3升降。

以第一升降装置5能够升降、第二升降装置6能够升降，且基座3能够升降为例，在进行半导体工艺之前，使遮蔽盘10位于加热腔室2中，且由上述第一升降装置5(即，至少三个第一顶针51)承载，并位于第一承载位置(即，图1和图2中遮蔽盘10所在位置)；此时基座3处于传片位置(即，图1和图2中基座3所在位置)，在该传片位置，上述第二升降装置6的承载面(即，由至少三个第二顶针61的顶端构成)高于基座3；通过机械手或者其他传片装置将晶圆9传输至反应腔室1中，并放置于上述第二升降装置6的承载面，然后将基座3上升至工艺位置(高于图1和图2中第二升降装置6的承载面所在位置)，在基座3上升过程中，基座3会托起晶圆9，以使晶圆9脱离第二升降装置6，并随基座3一起上升。在基座3位于工艺位置时，可以进行半导体工艺。半导体工艺结束后，基座3下降至传片位置，在基座3下降过程中，第二升降装置6会支撑晶圆9，以使晶圆9脱离基座3，使基座3单独下降至传片位置。在该传片位置，上述传输装置4能够使其承载面运动至晶圆9下方，此时将第二升降装置6下降，直至晶圆9下落至传输装置4的承载面上，即实现将晶圆9从第二升降装置6传递至传输装置4。

在需要进行诸如回流等热处理工艺时，传输装置4将晶圆9传输至加热腔室2中的第二承载位置(即，图2中晶圆9所在位置)，该第二承载位置高于遮蔽盘10所在的第一承载位置，此时晶圆9位于遮蔽盘10的上方，热辐射装置11的下方，可以利用热辐射装置11向晶圆9辐射热量，以进行热处理工艺。热处理工艺结束后，传输装置4将晶圆9传输至反应腔室1中，将第二升降装置6上升，在其上升过程中，第二升降装置6会托起晶圆9，以使晶圆9脱离传输装置4，即实现将晶圆9从传输装置4传递至第二升降装置6，此时完成热处理工艺的晶圆9可以进行下一步半导体工艺。

在需要对新靶材轰击或者预热腔室时，可以将承载有遮蔽盘10的第一顶针装置5上升，然后上述传输装置4能够使其承载面运动至遮蔽盘库2中的遮蔽盘10下方，再将第一顶针装置5下降，直至遮蔽盘10下落至传输装置4的承载面上，即实现将遮蔽盘10从第一顶针装置5与传输装置4之间的传递。然后，传输装置4将遮蔽盘10传输至工艺腔室1中，且位于基座3上方，以遮挡基座3，防止基座3被污染。

需要说明的是，在实际应用中，也可以不设置上述第一升降装置5，而采用其他方式使传输装置4能够不携带遮蔽盘10单独旋转至反应腔室1内。例如，开腔取出遮蔽盘10。

在一些可选的实施例中，如图1、图3和图4所示，传输装置4包括传输手臂和第二驱动源43，其中，传输手臂用于承载晶圆9，第二驱动源43用于驱动传输手臂在反应腔室1与加热腔室2之间运动。例如，该传输手臂例如包括竖直设置的旋转轴42，以及垂直于该旋转轴42的连接臂41和承载部44，承载部44用于承载晶圆或遮蔽盘。其中，旋转轴42的下端与第二驱动源43连接，第二驱动源43用于驱动旋转轴42沿自身轴线旋转，第二驱动源43可以为能够提供旋转动力的电机、气缸或者液压缸。可选的，第二驱动源43设置在反应腔室1外部，在这种情况下，旋转轴42的下端自反应腔室1的底部延伸至腔室外部，并与第二驱动源43连接。

旋转轴42的上端与连接臂41的一端连接，连接臂41的另一端与承载部44连接。在第二驱动源43的驱动下，旋转轴42带动连接臂41和承载部44围绕旋转轴42同步旋转至反应腔室1内或者加热腔室2内。需要说明的是，如果传输装置4还能够升降，则可以在上述传输手臂和第二驱动源43的基础上，增加升降驱动源，用于驱动传输手臂升降。可选的，该升降驱动源可以与第二驱动源43连接，以驱动第二驱动源43和传输手臂整体升降，或者，也可以与传输手臂连接，以仅驱动传输手臂升降，在这种情况下，第二驱动源43与升降驱动源连接，以驱动升降驱动源和传输手臂整体旋转。

上述承载部44用于承载遮蔽盘10或晶圆。可选的，上述承载部44在水平面上的正投影的轮廓形状被设置为：在承载部44移动至加热腔室2内时，不会碰撞第一升降装置5；在承载部44移动至反应腔室1内时，不会碰撞第二升降装置6。以第二升降装置6包括沿基座3的周向间隔设置的多个第二顶针61为例，如图3所示，承载部44用于承载遮蔽盘10或晶圆在移动至反应腔室1内时，该承载部44的至少一部分能够从相邻第二顶针61之间的间隔611移入多个第二顶针61所围的空间中，以使遮蔽盘10或晶圆位于基座3上方。同理，承载部44用于承载遮蔽盘10或晶圆在移动至加热腔室2内时，该承载部44的至少一部分能够从相邻第一顶针51之间的间隔移入多个第一顶针51所围的空间中，以使遮蔽盘10移入加热腔室2中的指定位置处，或者使晶圆9位于遮蔽盘10的上方，热辐射装置11的下方。能够实现上述功能的承载部44的一种轮廓的形状如图3所示。当然，图3所示的承载部44的结构仅仅只是作为示例，在实际应用中，传输手臂也可以采用其他任意轮廓形状，只要不会碰撞第一升降装置5和第二升降装置6即可。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体工艺设备，其包括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工艺设备，其通过采用本发明实施例提供的上述工艺腔室，可以提高对晶圆的加热效率和加热均匀性。

可选的，本发明实施例提供的半导体工艺设备包括物理气相沉积设备。该物理气相沉积设备的工艺腔室中，反应腔室1可用于对晶圆进行薄膜沉积工艺(例如金属薄膜)；加热腔室2可用于对晶圆上沉积的薄膜进行热处理工艺，例如对金属薄膜进行回流工艺。

作为另一个技术方案，结合图1、图2和图5所示，本发明实施例还提供一种薄膜沉积方法，包括：

S1、在反应腔室1内的晶圆9完成半导体工艺后，将加热腔室2内的遮蔽盘10下降至加热腔室2中的第一承载位置(即，图1和图2中遮蔽盘10所在位置)，加热腔室2与反应腔室1连通；

S2、将晶圆9传输至加热腔室2中的第二承载位置(即，图2中晶圆9所在位置)，该第二承载位置高于上述第一承载位置；

S3、从加热腔室2的顶部向晶圆9辐射热量，以对晶圆9进行热处理。

本发明实施例提供的薄膜沉积方法，其加热腔室2既用于进行热处理工艺，又用于存放遮蔽盘10，从而可以简化设备结构，减小设备占用空间，降低设备成本，同时可以在进行诸如金属回流工艺等的热处理工艺之前，将该晶圆从反应腔室1传输至加热腔室2中，并在进行热处理工艺时从加热腔室2的顶部向晶圆9辐射热量，从而实现对晶圆的加热，完成热处理工艺。本方案是在加热腔室2中加热晶圆，由于加热腔室2的体积可被设置为相对于反应腔室1更小，这可以使热量分布更集中，热量损坏更小，从而可以提高晶圆升温速率；同时，通过从加热腔室2的顶部向晶圆9辐射热量，可以直接对晶圆9上表面进行加热，从而可以进一步提高晶圆升温速率。

具体地，以图1所示的工艺腔室，且第一升降装置5能够升降、第二升降装置6能够升降，且基座3能够升降为例，在上述步骤S1中，先使遮蔽盘10位于加热腔室2中，且由传输装置4承载，并下降至第一承载位置，此时基座3处于传片位置，在该传片位置，上述第二升降装置6的承载面(即，至少三个第二顶针61的顶端构成的承载面)高于基座3；然后通过机械手或者其他传片装置将晶圆9传输至反应腔室1中，并放置于上述第二升降装置6的承载面，再将基座3上升至工艺位置，在基座3上升过程中，基座3会托起晶圆9，以使晶圆9脱离第二升降装置6，并随基座3一起上升，直至基座3到达工艺位置，此时反应腔室1可以执行半导体工艺。

待半导体工艺结束后，基座3自工艺位置下降至传片位置，在基座3下降过程中，第二升降装置6会支撑晶圆9，以使晶圆9脱离基座3，使基座3单独下降至传片位置。

上述步骤S2中，将第一升降装置5上升，在其上升过程中，第一升降装置5会托起遮蔽盘10，以使遮蔽盘10脱离传输装置4，即实现将遮蔽盘10从传输装置4传递至第一升降装置5，然后传输装置4能够使其承载面运动至晶圆9(此时由第二升降装置承载)下方，此时将第二升降装置6下降，直至晶圆9下落至传输装置4的承载面上，即实现将晶圆9从第二升降装置6传递至传输装置4。然后，传输装置4将晶圆9传输至加热腔室2中的第二承载位置，该第二承载位置高于遮蔽盘10所在的第一承载位置，此时晶圆9位于遮蔽盘10的上方，热辐射装置11的下方，此时加热腔室2可以执行上述步骤S3，即进行热处理工艺。

待热处理工艺结束后，传输装置4将晶圆9传输至反应腔室1中，将第二升降装置6上升，在其上升过程中，第二升降装置6会托起晶圆9，以使晶圆9脱离传输装置4，即实现将晶圆9从传输装置4传递至第二升降装置6，此时完成热处理工艺的晶圆9可以进行下一步半导体工艺。

综上所述，本发明实施例提供的工艺腔室、半导体工艺设备和薄膜沉积方法的技术方案中，可在进行诸如金属回流工艺等的热处理工艺之前，利用传输装置承载晶圆，将该晶圆从反应腔室传输至加热腔室中，并在进行热处理工艺时利用在加热腔室的顶部设置的热辐射装置，朝向加热腔室内部的晶圆辐射热量，从而实现对晶圆的加热，完成热处理工艺。本方案是在加热腔室中加热晶圆，由于加热腔室的体积可被设置为相对于反应腔室更小，这可以使热量分布更集中，热量损坏更小，从而可以提高晶圆升温速率；同时，通过将上述热辐射装置设置于加热腔室的顶部，可以直接对晶圆上表面进行加热，从而可以进一步提高晶圆升温速率。

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 (16)

1.一种工艺腔室，其特征在于，包括：

反应腔室，在所述反应腔室中设置有用于承载晶圆的基座；

加热腔室，与所述反应腔室连通；所述加热腔室的顶部设置有热辐射装置，用于朝向所述加热腔室内部辐射热量；

传输装置，设置于所述反应腔室中，用于承载晶圆，且能够将所述晶圆在所述反应腔室与所述加热腔室之间传输；

所述加热腔室内还存放有遮蔽盘；所述传输装置还用于承载所述遮蔽盘，且能够将所述遮蔽盘在所述反应腔室与所述加热腔室之间传输。

2.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述传输装置用于在所述反应腔室对所述晶圆进行半导体工艺前，将所述加热腔室内存放的所述遮蔽盘传输到所述基座上方，并且在所述反应腔室开始对所述晶圆进行半导体工艺时，将所述遮蔽盘传输到所述加热腔室；或者

所述传输装置用于在所述反应腔室内的所述晶圆完成半导体工艺之后，将所述晶圆传输到所述热辐射装置下方，以使所述热辐射装置能够对所述晶圆进行加热，并且在所述加热结束之后，将所述晶圆传输到所述基座上。

3.根据权利要求1-2中任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述加热腔室的顶壁设置有反射面，所述反射面用于将所述热辐射装置辐射出的热量向位于所述加热腔室内的晶圆表面反射。

4.根据权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述反射面或所述加热腔室的顶壁外表面上设置有冷却流道，所述冷却流道用于传输冷却流体。

5.根据权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述加热腔室的顶壁形成有凹部，所述凹部的内表面构成所述反射面，且所述凹部的内表面形状被设置为能够使反射的光线朝向位于所述加热腔室内的晶圆表面聚拢，并使光线覆盖整个晶圆表面。

6.根据权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述反射面包括平面和环绕于所述平面周围的环形面，其中，所述平面平行于水平面，所述环形面的高度自所述平面的边缘向靠近所述加热腔室的顶壁四周边缘递减。

7.根据权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，所述热辐射装置包括环形灯管，所述环形灯管环绕设置于所述环形面内侧，且位于所述平面的边缘外侧。

8.根据权利要求4所述的工艺腔室，其特征在于，所述加热腔室包括顶部具有开口的腔室主体，和设置于所述腔室主体顶部的反射板，所述反射板与所述腔室主体密封连接，用于密封所述开口；所述反射板具有所述反射面，且所述反射面自所述开口暴露于所述加热腔室中。

9.根据权利要求8所述的工艺腔室，其特征在于，所述腔室主体顶部的所述开口处设置有第一环形凸部，所述反射板的外周边缘处设置有第二环形凸部，所述第二环形凸部叠置于所述第一环形凸部上，且所述第一环形凸部与所述第二环形凸部固定连接；

所述第一环形凸部与所述第二环形凸部之间还设置有密封件，用于密封所述开口。

10.根据权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，还包括：设置于所述加热腔室内的第一升降装置，所述第一升降装置用于在所述加热腔室中承载所述遮蔽盘；

所述第一升降装置和所述传输装置中的至少一者能够带动置于其上的所述遮蔽盘升降，以实现所述遮蔽盘在所述第一升降装置和所述传输装置之间的传递。

11.根据权利要求10所述的工艺腔室，其特征在于，在所述传输装置向所述加热腔室传输所述晶圆时，所述第一升降装置用于带动置于其上的所述遮蔽盘降至低于所述晶圆的位置。

12.根据权利要求10所述的工艺腔室，其特征在于，还包括：设置于所述反应腔室内的第二升降装置，所述第二升降装置用于在所述反应腔室中承载所述晶圆；

所述第二升降装置和所述基座中的至少一者能够带动置于其上的所述晶圆升降，以实现所述晶圆在所述第二升降装置和所述基座之间的传递。

13.根据权利要求12所述的工艺腔室，其特征在于，所述传输装置包括传输手臂和第二驱动源，其中，所述传输手臂用于承载所述遮蔽盘或所述晶圆，所述第二驱动源用于驱动所述传输手臂在所述反应腔室与所述加热腔室之间运动；

所述传输手臂包括竖直设置的旋转轴，以及垂直于所述旋转轴的连接臂和承载部，其中，所述旋转轴的下端与所述第二驱动源连接，所述旋转轴的上端与所述连接臂的一端连接，所述连接臂的另一端与所述承载部连接；

所述第二升降装置包括沿所述基座的周向间隔设置的多个顶针，所述承载部用于承载所述遮蔽盘或晶圆在移动至所述反应腔室内时，其至少一部分能够从相邻顶针之间的间隔移入多个顶针所围的空间中，以使所述遮蔽盘或晶圆位于所述基座上方。

14.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括权利要求1-13中任意一项所述的工艺腔室。

15.根据权利要求14所述的半导体工艺设备，其特征在于，所述半导体工艺设备包括物理气相沉积设备。

16.一种薄膜沉积方法，其特征在于，应用于权利要求14或15所述的半导体工艺设备，包括：

在反应腔室内的晶圆完成半导体工艺后，将加热腔室内的遮蔽盘下降至所述加热腔室中的第一承载位置，所述加热腔室与所述反应腔室连通；

将所述晶圆传输至所述加热腔室中的第二承载位置，所述第二承载位置高于所述第一承载位置；

从所述加热腔室的顶部向所述晶圆辐射热量，以对所述晶圆进行热处理。