[0001] 本发明涉及半导体加工的技术领域，尤其是涉及一种溅射工艺反应腔。

[0002] 在半导体的加工过程中，PVD(Physical Vapour Deposition，物理气相沉积)工艺是一种常用的加工手段。在PVD工艺过程中，通常借助磁控管产生磁场，增大对电子的约束能力，同时，在腔室内通入工艺气体，向靶材施加偏压，使工艺气体电离产生等离子体，等离子体撞击靶材，产生靶材材料的原子或离子等粒子，这些粒子沉积在晶圆等被加工件上，即可在被加工件上成膜。

[0003] 目前，为了提升产能，因此作为靶材的厚度逐渐变得更厚，这就需要磁控装置的溅射功率也需要相应增大，溅射的粒子沉积在晶圆表面会产生大量热量，容易造成晶圆温度迅速升高，从而导致晶圆的实际温度高于设定的工艺温度，薄膜性能偏离规格。

[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0036] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0038] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0039] 此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0040] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0041] 下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0042] 请参考图1，本发明实施例公开了一种溅射工艺反应腔，该溅射工艺反应腔包括腔室1、磁控管2、靶材3、适配器5、内衬6、盖板7、加热基座8、顶针组件和冷却组件。

[0043] 腔室1的形状和容积可以根据实际情况进行选择，例如可以为图1所示的中空圆柱形，适配器5固定在腔室1的圆周壁上，靶材3固定在腔室1内，且位于适配器5的上侧面，磁控管2则通过旋转件可转动设置在腔室1的顶壁内侧，该旋转件朝上方伸到腔室1的外部，以与一位于腔室1外部的驱动电机连接，这样就可以通过驱动电机驱动磁控管2实现转动，磁控管2的型号和功率等具体参数可以根据靶材3的材质和厚度等实际情况进行选择。

[0044] 加热基座8设置在腔室1的底部，相对于腔室1可以进行升降，该加热基座8用于承载并加热晶圆4，从而在镀膜过程中使晶圆4的温度能够满足预设温度，进而保证工艺过程高效可靠的进行。其中，预设温度可以根据溅射工艺的实际情况进行选择。驱动加热基座8进行升降的驱动部件可以是液压缸、电缸或者驱动电机，加热基座8则伸出腔室1外，以与驱动部件进行连接，从而在驱动部件的作用下进行升降移动。

[0045] 内衬6呈环形阶梯构造，其顶端固定在适配器5上，底端则靠近腔室1底壁设置，盖板7也呈环形，且固定在内衬6的底端，这样在进行镀膜过程中，通过盖板7遮蔽晶圆4的边缘，防止沉积过程中在晶圆4侧面和背面镀上膜层。

[0046] 顶针组件包括穿设于加热基座8的至少三个顶针9，例如加热基座8设置有竖向贯穿的至少三个贯穿孔，每个顶针9则穿设于一个贯穿孔，从而当晶圆4温度过高而加热基座8下降时，顶针9伸出加热基座8的顶面，从而撑起晶圆4，以使晶圆4和加热基座8分离；

[0047] 冷却组件包括可活动设置于腔室1内的第一冷却件11和第二冷却件10，当晶圆4和加热基座8分离时，第一冷却件11能够移动至晶圆4和加热基座8之间，用于朝晶圆4的下表面喷出冷却介质，以对晶圆4的下表面进行冷却降温，第二冷却件10能够移动至晶圆4的上方，用于朝晶圆4的上表面喷出冷却介质，以对晶圆4的上表面进行冷却降温，这样通过第一冷却件11和第二冷却件10同时对晶圆4的上下表面进行冷却降温，可以有效降低晶圆4由于磁控溅射引起的升温现象，避免了晶圆4升温对薄膜质量的影响，保证了工艺过程的稳定进行，提高效率。同时，对晶圆4上下表面同时喷射冷却介质也可以保证晶圆4上下表面的气压平衡，避免在晶圆4受到冷却介质吹扫冷却过程中在顶针9上发生位置偏移。

[0048] 其中，冷却介质可以是冷却液或者冷却气体，冷却气体的种类与溅射工艺的工艺气体的种类相同。冷却气体的气流大小也可以根据晶圆4实际温度偏离工艺预设温度的具体情况进行调节。

[0049] 结合图2，在本实施例中，第一冷却件11的上下两表面以及第二冷却件10的上下两表面各自设置均匀分布的多个冷却孔，冷却孔用于喷出冷却介质，如此，第一冷却件11上表面设置的冷却孔喷出的冷却介质用来对晶圆4的下表面进行冷却降温，第一冷却件11下表面设置的冷却孔喷出的冷却介质则可以用来对加热基座8进行冷却降温，第二冷却件10下表面设置的冷却孔喷出的冷却介质可以用来对晶圆4的上表面进行冷却降温，第二冷却件10上表面设置的冷却孔喷出的冷却介质可以用来对位于腔室1内衬6、盖板7、靶材3、适配器
5等工艺套件进行冷却降温，这样可以避免因仅对晶圆4进行冷却降温使其温度降至低于或等于预设温度后，由于加热基座8和工艺套件的温度没有降温而高于预设温度，从而导致加热基座8和工艺套件的热量传递至晶圆4上，使得晶圆4温度重新被加热到高于预设温度的情况发生，总而言之，第一冷却件11和第二冷却件10的上下两表面均设置冷却孔可以对腔室1和晶圆4整体进行有效的降温，进一步保证工艺的稳定进行。

[0050] 可以理解的是，第一冷却件11和第二冷却件10均呈中空的管状，从而各自形成冷却通道，即第一冷却件11的内部形成第一冷却通道，第二冷却件10的内部形成第二冷却通道，这样第一冷却件11上下表面的冷却孔与第一冷却通道连通，第二冷却件10上下表面的冷却孔与第二冷却通道连通，从而通过第一冷却通道和第二冷却通道为冷却孔输入冷却介质。

[0051] 其中，冷却组件还包括可转动设置于腔室1底壁的旋转轴，第一冷却件11和第二冷却件10均设置于旋转轴上，以绕旋转轴的轴线进行转动，从而移动至加热基座8上方或者从加热基座8上方退出，这样在晶圆4的实时温度低于预设温度时，旋转轴带动第一冷却件11和第二冷却件10转移至未遮盖加热基座8的位置，从而避免对粒子沉积在晶圆4上的过程产生影响，而在晶圆4的实施温度高于预设温度，加热基座8下降后，旋转轴再带动第一冷却件11和第二冷却件10移动至加热基座8上方，从而使得第一冷却件11位于加热基座8和晶圆4之间，第二冷却件10位于晶圆4上方，以进行冷却操作。

[0052] 而在冷却降温完成后，旋转轴带动第一冷却件11和第二冷却件10复位，以避免遮盖加热基座8，加热基座8上升回到原位，加热基座8重新承载晶圆4，继续进行溅射工艺。

[0053] 其中，旋转轴设置有介质通道，介质通道与第一冷却通道和第二冷却通道均连通，从而与冷却孔相连通，该介质通道用于连接冷却源，从而冷却源提供的冷却介质能够通过介质通道分别进入到第一冷却通道和第二冷却通道内，实现冷却介质的输送。

[0054] 可以理解的是旋转轴是可转动穿设于腔室1底壁，以射出至腔室1外与一驱动电机连接，这样通过驱动电机来带动旋转轴进行转动。

[0055] 旋转轴则可以是中空的管状，在其底端直接通过软管连接到冷却源，从而使得冷却源为旋转轴内部的介质通道提供冷却介质。

[0056] 此时，旋转轴和驱动电机之间可以通过齿轮、皮带、链条等方式实现传动，以通过驱动电机驱使旋转轴转动，进而带动第一冷却件11和第二冷却件10同步绕着旋转轴的轴线做圆周运动。

[0057] 在本实施例中，顶针9相对于腔室1能够升降，当顶针9托起晶圆4升至高于第二冷却件10的预设位置时，第二冷却件10能够移动至晶圆4的下方并通过自身上表面设置的冷却孔朝晶圆4喷出冷却介质。

[0058] 结合图3，顶针组件还包括顶针环13和连杆14，顶针环13位于腔室1内，且环绕在加热基座8的外周侧，顶针9的底端则固定连接于顶针环13，连杆14的顶端连接于顶针环13，连杆14的底端穿过腔室1底壁伸出到腔室1之外，这样连杆14与电机、液压缸等驱动源连接，通过驱动源这些外部构件的作用下来驱动连杆14进行升降，这样连杆14就能够带动顶针环13进行升降移动，进而带动顶针9进行升降移动，从而实现对晶圆4高度调节，以使晶圆4达到预设位置，从而在晶圆4位于高处的情况下，通过第二冷却件10对晶圆4的下表面喷出冷却介质以进行冷却降温。

[0059] 而为了进一步保证晶圆4在顶针9上由于冷却组件的吹扫时不会发生偏移，因此在顶针9的顶端设置吸盘15，吸盘15用于吸附晶圆4，这样可以使得晶圆4通过吸盘15受到向下的负压力，从而在冷却介质吹扫到晶圆4对晶圆4起到朝上的推力时，通过吸盘15的负压力可以拉住晶圆4，避免晶圆4在顶针9上发生偏移，从而使得晶圆4相对于顶针9的位置更为稳定。

[0060] 例如，在图3和图4，在一个实施例中，顶针9为中空的管状，吸盘15与顶针9的内腔连通，顶针9的内腔用于连接真空泵16，如此通过真空泵16工作使得顶针9内产生负压，进而使得吸盘15可以吸住晶圆4。

[0061] 具体的，顶针环13也为中空的管状，顶针环13的内腔与每个顶针9的内腔底端相连通，连杆14也为中空的管状，连杆14的内腔与顶针环13的内腔相连通，即连杆14的内腔、顶针环13和顶针9的内腔依次连通，连杆14的底端(即连杆14伸出腔室1的一端)则通过软管连接到真空泵16，这样在真空泵16工作时，吸盘15和晶圆4之间的气体即可依次经过顶针9内腔、顶针环13的内腔和连杆14的内腔进入到软管中，然后被真空泵16抽出，从而实现了吸盘15对晶圆4的负压固定。

[0062] 其中，在顶针9内部或者顶针环13内部又或者是连杆14内部可以设置压力检测器，该压力检测器用来与中央处理器进行电连接，从而该压力检测器将顶针9内腔的实时压力数据传输给中央处理器，中央处理器通过判断该压力来控制冷却组件的出气流量，此外，中央处理器还可以判断该实时压力是否在预设范围内，如此即可控制真空泵16的工作效率，以使顶针9内的压力适中维持在预设范围内，避免造成晶圆4上下表面之间压差过大导致晶圆4变形。

[0063] 在另一个实施例中，如图5所示，顶针9为中空的管状，在顶针9内部设置有弹性件17，弹性件17与吸盘15连接，用于朝上方推抵吸盘15，这样在晶圆4的自身重力作用下，晶圆
4压向吸盘15，并配合弹性件17对吸盘15产生的朝向上方的弹性作用力，因此可以使吸盘15产生负压以吸附晶圆4。

[0064] 具体的，顶针9内部有一连接杆18，该连接杆18的顶端与吸盘15连接，连接杆18的底端与弹性件17的顶端连接，弹性件17的底端则抵接于顶针环13，这样吸盘15通过刚性的连接杆18连接到弹性件17。

[0065] 在本实施例中，为了使得晶圆4准确到达预设位置，因此可以提前计算好预设位置和工艺过程中晶圆4所在位置的高度差，根据高度差和驱动源对连杆14的进给速率来控制连杆14的移动位置。

[0066] 当然，还可以在在腔室1内设置位置检测件，位置检测件用于检测晶圆4是否升至预设位置，从而保证晶圆4被顶杆带动升起时能够准确停在预设位置。

[0067] 具体来说，位置检测件可以是光电传感器，具体可采用对射传感器，平时光电传感器向中央处理器传输的信号为高电平，该光电传感器的固定高度位与晶圆4预设位置相同，当晶圆4升到预设位置时，晶圆4阻挡光电传感器，从而使得光电传感器朝中央处理器发射低电平信号，这样光电传感器输出的信号就会产生一个脉冲数据，中央处理器接收到该脉冲数据，即可以控制驱动源停止，从而顶针组件也会停止，以使得晶圆4位于预设位置。

[0068] 位置检测件还可以是摄像机，顶针9上则设置有相应的参照物，当顶针9托举晶圆4上升到达预设位置时，摄像机拍摄到参照物，这样通过中央控制器来控制驱动源停止也是可行的。

[0069] 在又一个实施例中，如图6所示，顶针9为中空的管状，该顶针9的侧面设置均匀分布的多个开口19，这样第一冷却件11吹出的冷却介质可以通过顶针9上的开口19进入到顶针9内部，从而可以对晶圆4被顶针9抵持接触的部位也可以被冷却降温。此外，在顶针9内腔连接到真空泵16的实施例中，顶针9侧面设置开口19也可以避免因此抽真空过量导致顶针9内部气压过小，从而对晶圆4负压力更大导致晶圆4变形的情况发生。

[0070] 在本实施例中，顶针9内设置温度检测件，温度检测件用于检测晶圆4的实时温度，这样可以使得温度检测件能够近距离接触晶圆4，从而更好地测量晶圆4的实时温度，该实时温度发送至中央处理器，中央处理器即可判断该实时温度是否大于预设温度，并在实时温度大于预设温度时控制磁控管2停止，加热基座8下降，然后控制第一冷却件11和第二冷却件10到达晶圆4的上下两侧以进行吹风降温操作，当实时温度小于预设温度一定数值时，控制第一冷却件11和第二冷却件10回位，然后控制加热基座8和顶针组件复位，重新启动磁控管2，恢复溅射工艺的进行，如此循环往复，保证晶圆4的温度基本可以在预设温度周围徘徊，保证溅射工艺高效且正常地进行。

[0071] 综上，本实施例中，通过设置第一冷却件11和第二冷却件10，同时第一冷却件11和第二冷却件10的上下表面均各自设置了多个能够喷出冷却介质的冷却孔，因此可以在晶圆4和加热基座8分离时，通过将第一冷却件11移动至晶圆4和加热基座8之间，这样通过第一冷却件11上表面冷却孔能够朝晶圆4的下表面喷出冷却介质，以对晶圆4的下表面进行冷却降温，同时第一冷却件11下表面冷却孔喷出的冷却介质能够对加热基座8以及腔室下1方区域进行降温，通过将第二冷却件10移动至晶圆4的上方，第二冷却件10下表面冷却孔能够朝晶圆4的上表面喷出冷却介质，以对晶圆4的上表面进行冷却降温，这样通过第一冷却件11和第二冷却件10能够同时对晶圆4的上下表面以及加热基座8和腔室1整体进行冷却降温，可以有效降低晶圆4由于磁控溅射引起的升温现象，而且可以避免因仅对晶圆4进行冷却降温使其温度降至低于或等于预设温度后，由于加热基座8和腔室1整体的温度没有降温而高于预设温度，从而导致加热基座8和腔室1的热量传递至晶圆4上，使得晶圆4温度重新被加热到高于预设温度的情况发生，避免了晶圆4升温对薄膜质量的影响，保证了工艺过程的稳定进行，提高效率。同时，对晶圆4上下表面同时喷射冷却介质也可以保证晶圆4上下表面的气压平衡，避免在晶圆4受到冷却介质吹扫冷却过程中在顶针9上发生位置偏移。

[0072] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。