CN103898448B - 用于调节托盘温度的腔室及半导体加工设备 - Google Patents
用于调节托盘温度的腔室及半导体加工设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于调节托盘温度的腔室及半导体加工设备，包括冷却壁和第一驱动机构。其中，第一驱动机构设置于冷却壁的底部，用以驱动待冷却托盘下降或上升，以使待冷却托盘与冷却壁的上表面彼此接触或脱离；冷却壁用于在其上表面与待冷却托盘彼此接触时对待冷却托盘进行冷却。本发明提供的用于调节托盘温度的腔室通过采用热传导的方式对托盘冷却，可以提高冷却效率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于物理气相沉积技术领域，具体涉及一种用于调节托盘温度的腔室及半导体加工设备。
背景技术
物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition，简称PVD)系统常用于在基片上制备薄膜。PVD系统一般包括传输腔、预热腔和工艺腔。其中，在传输腔内设有机械手，用以对承载有基片的托盘进行传送；预热腔用于对基片进行加热，以使其达到工艺所需的温度，加热温度一般在250℃-300℃之间；工艺腔用于对已加热的基片进行沉积薄膜，通过将基片加热至工艺所需的温度，可以在基片上得到导电性较好、透过率较高的薄膜层。完成薄膜沉积的基片被传送到料盒中，再人工取出。在此过程中，由于托盘温度较高，容易造成取片人员烫伤等，所以一般需要在工艺完成后进行托盘冷却。
现有技术中采用的对托盘冷却的方法是在预热腔中连续充入N2，再不断抽走，即采用热对流的方式对托盘冷却。图1为现有技术中采用热对流方式冷却托盘的预热腔的结构示意图。如图1所示，预热腔1包括加热单元(图中未画出)、加热升降装置3、进气管道6和真空排气管道7。其中，加热单元设置于预热腔1内的顶部，用以采用热辐射的方式加热置于托盘2上的基片；加热升降装置3设置于加热单元的下方，其包括顶针8和与之连接的驱动源9，在驱动源9的驱动下，顶针8能够上升或下降；进气管道6与氮气源连接，用以在对托盘2冷却时连续向预热腔1中充入氮气；真空气体管道7用于排出预热腔1中的氮气。此外，为了避免因加热造成的预热腔1过热，在腔室壁上设计有冷却水道，冷却水经过进水口4进入，流经预热腔室壁后从出水口5流出，保证在加热过程中将预热腔1的温度控制在合理的范围内。预热腔1的工作过程包括以下两个过程：(1)托盘加热过程，机械手(图中未画出)将托盘2从传输腔(图中未画出)传入预热腔1内位于加热单元下方的位置；驱动源9驱动顶针8上升，直至顶起托盘2，以使托盘2脱离机械手；空载的机械手返回传输腔；驱动源9驱动顶针8继续上升，以使托盘2到达相应的加热位置；加热单元对托盘2进行加热；加热完成后，机械手进入预热腔1内位于加热单元下方的位置；驱动源9驱动顶针8下降，直至使托盘2落在机械手上；机械手将托盘2传入工艺腔(图中未画出)进行薄膜工艺。(2)托盘冷却过程，将完成薄膜工艺的托盘2再次传入预热腔1中；氮气源经由进气管道6向预热腔1中连续充入N2，同时通过真空排气管道7不断抽走完成热交换后的N2，即：采用热对流的方式对托盘2进行冷却。
尽管上述预热腔1在实际应用中广为使用，但是其仍然不可避免地存在以下问题，即：由于热对流的冷却方式传热效率较低，这不仅导致冷却时间长、工艺效率低，而且还会因需要大量的氮气才能够将托盘冷却至理想的温度而导致生产成本增加。
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，提出了一种用于调节托盘温度的腔室及半导体加工设备，其冷却效率高，且生产成本低。
本发明提供一种用于调节托盘温度的腔室，包括设置在所述腔室内的冷却壁和第一驱动机构，其中，所述第一驱动机构设置于所述冷却壁的底部，用以驱动待冷却托盘下降或上升，以使所述待冷却托盘与所述冷却壁的上表面彼此接触或脱离；所述冷却壁用于在其与所述待冷却托盘彼此接触时对所述待冷却托盘进行冷却。
其中，所述冷却壁为所述腔室的腔室壁，并且在所述腔室壁中设置有冷却水管道。
其中，所述冷却壁为设置于所述腔室内的冷却部件。
其中，在所述冷却部件中设置有第一冷却水管道，并且在所述腔室的腔室壁中设置有第二冷却水管道，所述第一冷却水管道与第二冷却水管道相互连通或者相互独立。
其中，所述第一驱动机构包括第一顶针和与之连接的第一驱动源，在所述第一驱动源的驱动下，所述第一顶针贯穿所述冷却壁，并上升或下降，以使其顶端高于或低于所述冷却壁的上表面。
其中，所述腔室还包括加热单元和第二驱动机构，其中，所述加热单元设置于所述腔室内，用以采用热辐射的方式朝向待加热托盘辐射热量；所述第二驱动机构包括第二顶针和与之连接的第二驱动源，在所述第二驱动源的驱动下，所述第二顶针的顶端承载所述待加热托盘上升或下降。
其中，所述腔室还包括加热单元和第二驱动机构，其中，所述加热单元包括基座以及设置在所述基座内的用于提供热量的发热元件；所述第二驱动机构设置在所述腔室内且位于所述基座的底部，用以驱动所述待加热托盘上升或下降，以使所述待加热托盘与所述基座的上表面彼此接触或脱离。
其中，所述第二驱动机构包括第二顶针和与之连接的第二驱动源，在所述第二驱动源的驱动下，所述第二顶针贯穿所述基座，并上升或下降，以使其顶端高于或低于所述基座的上表面。
本发明还提供一种半导体加工设备，包括用于调节托盘温度的腔室，采用本发明提供的用于调节托盘温度的腔室。
优选地，所述半导体加工设备还包括进气管道、排气管道和冷却气源，其中，所述冷却气源用于在对所述待冷却托盘进行冷却时经由所述进气管道向所述腔室内输送冷却气体；所述排气管道用于排出所述腔室内的冷却气体。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的用于调节托盘温度的腔室，其通过借助设置于冷却壁的底部的第一驱动机构驱动待冷却托盘下降或上升，可以使待冷却托盘与冷却壁的上表面彼此接触或脱离，从而在冷却壁的上表面与待冷却托盘彼此接触时，可以实现以热传导的方式对待冷却托盘进行冷却，这与现有技术采用热对流的冷却方式相比，不仅能够提高冷却效率，而且也无需像现有技术那样需要向腔室内通入大量氮气，从而能够降低生产成本。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的用于调节托盘温度的腔室，不仅可以提高冷却效率，而且无需像现有技术那样需要向腔室内通入大量氮气，从而可以降低生产成本。
附图说明
图1为现有技术中采用热对流方式冷却托盘的预热腔；
图2为本发明第一实施例提供的用于调节托盘温度的腔室的结构简图；
图3为本发明第一实施例提供的另一种用于调节托盘温度的腔室的结构简图；
图4a为本发明第二实施例提供的用于调节托盘温度的腔室的结构简图；
图4b为本发明第二实施例提供的另一种用于调节托盘温度的腔室的结构简图；
图5a为本发明第二实施例提供的再一种用于调节托盘温度的腔室的结构简图；以及
图5b为本发明第二实施例提供的又一种用于调节托盘温度的腔室的结构简图。
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，下面结合附图对本发明提供的用于调节托盘温度的腔室及半导体加工设备进行详细的描述。
图2为本发明第一实施例提供的用于调节托盘温度的腔室的结构简图。请参阅图2，腔室100包括冷却壁和第一驱动机构301。其中，冷却壁为腔室100的腔室底壁，并且在该腔室底壁中设置有冷却水管道，该冷却水管道包括进水口4和出水口5，在冷却过程中，冷却水经由进水口4进入冷却水管道，并在流经腔室壁后经由出水口5流出。第一驱动机构301设置于腔室底壁的底部，用以驱动待冷却托盘201下降或上升，以使待冷却托盘201与腔室底壁的上表面彼此接触或脱离，在本实施例中，第一驱动机构301包括第一顶针801和与之连接的第一驱动源901，并且在腔室底壁上且与第一顶针801相对应地位置处设置有贯穿其厚度的通孔。在第一驱动源901的驱动下，第一顶针801穿过该通孔，并上升或下降，以使其顶端高于或低于腔室底壁的上表面。
下面对本实施例提供的用于调节托盘温度的腔室的托盘冷却过程进行详细地描述。
具体地，机械手等的托盘传输装置(图中未示出)将待冷却托盘201传输至腔室100中的托盘原始位置(即，位于腔室底壁上方的预定位置处)；在第一驱动源901的驱动下，第一顶针801上升，直至第一顶针801的顶端托起待冷却托盘201，以使其脱离机械手；空载的机械手移出腔室100；载有待冷却托盘201的第一顶针801下降，直至待冷却托盘201与腔室底壁的上表面相接触，此时腔室壁中的冷却水管道对腔室壁进行冷却，从而间接冷却与腔室底壁的上表面相接触的待冷却托盘201，进而实现采用热传导的方式冷却待冷却托盘201；待冷却完成后，在第一驱动源901驱动下，第一顶针801上升，直至托起托盘201，并继续上升至托盘原始位置，即，此时托盘201与腔室底壁的上表面彼此脱离；机械手移入腔室100内且位于托盘201的底部；第一顶针801下降，直至托盘201置于机械手上；载有托盘201的机械手移出腔室100，从而完成托盘冷却的整个过程。
由上可知，本实施例提供的用于调节托盘温度的腔室，其通过借助第一驱动机构301驱动待冷却托盘201下降或上升，可以使待冷却托盘201与腔室底壁的上表面彼此接触或脱离，从而在腔室底壁的上表面与待冷却托盘201彼此接触时，可以实现以热传导的方式对待冷却托盘进行冷却，这与现有技术采用热对流的冷却方式相比，不仅能够提高冷却效率，而且也无需像现有技术那样需要向腔室内通入大量氮气，因而能够降低生产成本。
需要说明的是，在本实施例中，冷却壁为腔室100的腔室底壁，但本发明并不局限于此，在实际应用中，冷却壁还可以为设置于腔室100内的冷却部件11。如图3所示，冷却部件11位于靠近腔室100内的中心位置处，且与腔室100的腔室内周壁固定连接。而且，在冷却部件11中设置有第一冷却水管道(图中未示出)，用以通入冷却水以对冷却部件11进行冷却，从而在待冷却托盘201与冷却部件11相互接触时，间接冷却待冷却托盘201。冷却部件11的结构可以根据具体情况自由设定，例如，可以为在待冷却托盘所在平面上的投影形状与待冷却托盘的形状相对应的板状结构。
在实际应用中，设置在冷却部件11中的第一冷却水管道可以与设置在腔室100的腔室壁中设置有第二冷却水管道相互连通，即，在冷却过程中，冷却水经由进水口4进入第二冷却水管道，并在流经腔室壁以及冷却部件11后经由出水口5流出；或者，设置在冷却部件11中的第一冷却水管道也可以与设置在腔室100的腔室壁中设置有第二冷却水管道相互独立，即，单独在冷却部件11上设置进水口和出水口，在冷却过程中，冷却水经由进水口进入第一冷却水管道，并在流经冷却部件11后经由出水口流出；又或者，还可以省去设置在冷却部件11中的第一冷却水管道，而仅使冷却部件11与腔室100的腔室壁相互接触且固定连接，用以借助腔室100的腔室壁与冷却部件11之间的热传导对冷却部件11进行冷却。
图4a为本发明第二实施例提供的用于调节托盘温度的腔室的结构简图。图4b为本发明第二实施例提供的另一种用于调节托盘温度的腔室的结构简图。请一并参阅图4a和图4b，与第一实施例相比，本实施例提供的用于调节托盘温度的腔室同样包括冷却壁和第一驱动机构301。由于冷却壁和第一驱动机构301的结构和功能在第一实施例中已有了详细地描述，在此不再赘述。下面仅对本实施例与第二实施例的不同点进行描述。
具体地，腔室还包括加热单元和第二驱动机构302。其中，加热单元设置于腔室100内，用以采用热辐射或热传导的方式对待加热托盘进行加热。
下面以冷却壁为腔室的腔室底壁的腔室为例，结合图4a对采用热辐射的方式加热待加热托盘的加热单元的具体结构进行描述。如图4a所示，加热单元为设置在腔室100内的顶部的红外辐射灯10，用以朝向待加热托盘202辐射热量；第二驱动机构302位于加热灯泡10下方的预定位置处，其包括第二顶针802和与之连接的第二驱动源902，在第二驱动源902的驱动下，第二顶针802的顶端承载待加热托盘202上升或下降。
下面对采用热辐射方式加热待加热托盘的腔室的托盘加热过程进行详细地描述。
具体地，机械手等的托盘传输装置将待加热托盘202传输至腔室100中的托盘原始位置，所谓托盘原始位置，是指预设的机械手将待加热托盘传输至腔室100中的位置；在第二驱动源902的驱动下，第二顶针802上升，直至第二顶针802的顶端托起待加热托盘202，以使其脱离机械手；空载的机械手移出腔室100；载有待加热托盘202的第二顶针802继续上升，以使待加热托盘202到达相应的加热位置；加热灯泡10采用热辐射的方式对待加热托盘202进行加热；待加热完成后，机械手移入腔室内且位于托盘原始位置；第二顶针802下降，直至托盘202置于机械手上；载有托盘202的机械手移出腔室，从而完成托盘加热的整个过程。
下面以冷却壁为腔室的腔室底壁的腔室为例，结合图4b对采用热传导的方式加热待加热托盘的加热单元的具体结构进行描述。如图4b所示，加热单元包括基座12以及设置在基座12内的发热元件(图中未示出)，发热元件可以为电阻丝等能够提供热量的元件；第二驱动机构302设置在腔室100内且位于基座12的底部，用以驱动待加热托盘202上升或下降，以使待加热托盘202与基座12的上表面彼此接触或脱离，具体地，第二驱动机构302包括第二顶针802和与之连接的第二驱动源902，在第二驱动源902的驱动下，第二顶针802穿过设置在基座12上且与第二顶针802的位置相对应的通孔，并上升或下降，以使其顶端高于或低于基座12的上表面。
下面对采用热传导的方式加热待加热托盘的腔室的托盘加热过程进行详细地描述。
具体地，机械手等的托盘传输装置将待加热托盘202传输至腔室100中的托盘原始位置(在本实施例中，加热位置即为基座12的上表面，相应地，托盘原始位置位于基座12的上方的预定位置处)；在第二驱动源902的驱动下，第二顶针802上升，直至第二顶针802的顶端托起待加热托盘202，以使其脱离机械手；空载的机械手移出腔室100；载有待加热托盘202的第二顶针802下降，直至待加热托盘202与基座12的上表面相接触，以借助基座12将发热元件所产生的热量向待加热托盘202传导；待加热完成后，机械手移入腔室100内且位于托盘原始位置；第二顶针802上升，直至托起托盘202，以使其自基座12的上表面脱离，即，使托盘202位于托盘原始位置；机械手移入腔室100内且位于托盘202的底部；第二顶针802下降，直至托盘202置于机械手上；载有托盘202的机械手移出腔室100，从而完成对托盘加热的整个过程。
由上可知，通过在腔室100内同时设置加热单元和冷却壁，并采用第一驱动机构301和第二驱动机构302分别或同时将待冷却托盘201和待加热托盘202传输至相应的冷却位置和加热位置，可以实现同一时间分别对待冷却托盘201和待加热托盘202进行冷却和加热，从而可以缩短工艺周期，进而提高工艺效率。
需要说明的是，本实施例是以冷却壁为腔室100的腔室底壁的腔室为例，而当冷却壁为设置在腔室100中的冷却部件11时，加热单元同样可以采用热辐射和热传导的加热方式对待加热托盘202进行加热。而且，加热单元与冷却部件11的位置关系可以采用如下几种方式。
具体地，图5a为本发明第二实施例提供的再一种用于调节托盘温度的腔室的结构简图。图5b为本发明第二实施例提供的又一种用于调节托盘温度的腔室的结构简图。第一种方式如图5a所示，冷却部件11位于基座12的上方，即，冷却部件11位于靠近腔室100内的顶部，而基座12位于靠近腔室100的底部，并且相应的，第一驱动机构301和第二驱动机构302分别位于冷却部件11和基座12的底部。第二种方式如图5b所示，冷却部件11位于基座12的下方，即，冷却部件11位于靠近腔室100内的底部，而基座12位于靠近腔室100的顶部，并且相应的，第一驱动机构301和第二驱动机构302分别位于冷却部件11和基座12的底部。容易理解，加热单元的两种加热方式，即：热辐射的加热方式和热传导的加热方式可以互换，并相应地根据实际的具体加热方式设计合适的加热位置、冷却位置以及驱动单元的结构。
综上所述，本实施例提供的用于调节托盘温度的腔室，其通过借助设置于冷却壁的底部的第一驱动机构驱动待冷却托盘下降或上升，可以使待冷却托盘与冷却壁的上表面彼此接触或脱离，从而在冷却壁的上表面与待冷却托盘彼此接触时，可以实现以热传导的方式对待冷却托盘进行冷却，这与现有技术采用热对流的冷却方式相比，不仅能够提高冷却效率，而且也无需像现有技术那样需要向腔室内通入大量氮气，从而能够降低生产成本。
本发明还提供一种半导体加工设备，其包括用于调节托盘温度的腔室，该腔室采用了上述所有实施例提供的腔室。
需要说明的是，在实际应用中，为了进一步提高冷却效率，还可以在采用上述热传导的冷却方式对待冷却托盘进行冷却的过程中，同时采用热对流的方式对待冷却托盘进行冷却，该热对流的冷却方式具体为：半导体加工设备还可以包括进气管道、排气管道和冷却气源。其中，冷却气源用于在对待冷却托盘进行冷却时经由进气管道向腔室内输送冷却气体；排气管道用于排出腔室内的冷却气体。冷却气体可以为氮气、氦气等。
本实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本实施例提供的用于调节托盘温度的腔室，不仅可以提高冷却效率，而且无需像现有技术那样需要向腔室内通入大量氮气，从而可以降低生产成本。
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)
1.一种用于调节托盘温度的腔室，其特征在于，包括设置在所述腔室内的冷却壁和第一驱动机构，其中
所述第一驱动机构设置于所述冷却壁的底部，用以驱动待冷却托盘下降或上升，以使所述待冷却托盘与所述冷却壁的上表面彼此接触或脱离；
所述冷却壁用于在其与所述待冷却托盘彼此接触时对所述待冷却托盘进行冷却。
2.根据权利要求1所述的用于调节托盘温度的腔室，其特征在于，所述冷却壁为所述腔室的腔室壁，并且在所述腔室壁中设置有冷却水管道。
3.根据权利要求1所述的用于调节托盘温度的腔室，其特征在于，所述冷却壁为设置于所述腔室内的冷却部件。
4.根据权利要求3所述的用于调节托盘温度的腔室，其特征在于，在所述冷却部件中设置有第一冷却水管道，并且在所述腔室的腔室壁中设置有第二冷却水管道，所述第一冷却水管道与第二冷却水管道相互连通或者相互独立。
5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的用于调节托盘温度的腔室，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一顶针和与之连接的第一驱动源，在所述第一驱动源的驱动下，所述第一顶针贯穿所述冷却壁，并上升或下降，以使其顶端高于或低于所述冷却壁的上表面。
6.根据权利要求1所述的用于调节托盘温度的腔室，其特征在于，所述腔室还包括加热单元和第二驱动机构，其中
所述加热单元设置于所述腔室内，用以采用热辐射的方式朝向待加热托盘辐射热量；
所述第二驱动机构包括第二顶针和与之连接的第二驱动源，在所述第二驱动源的驱动下，所述第二顶针的顶端承载所述待加热托盘上升或下降。
7.根据权利要求1所述的用于调节托盘温度的腔室，其特征在于，所述腔室还包括加热单元和第二驱动机构，其中
所述加热单元包括基座以及设置在所述基座内的用于提供热量的发热元件；
所述第二驱动机构设置在所述腔室内且位于所述基座的底部，用以驱动所述待加热托盘上升或下降，以使所述待加热托盘与所述基座的上表面彼此接触或脱离。
8.根据权利要求7所述的用于调节托盘温度的腔室，其特征在于，所述第二驱动机构包括第二顶针和与之连接的第二驱动源，在所述第二驱动源的驱动下，所述第二顶针贯穿所述基座，并上升或下降，以使其顶端高于或低于所述基座的上表面。
9.一种半导体加工设备，包括用于调节托盘温度的腔室，其特征在于，所述腔室采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的用于调节托盘温度的腔室。
10.根据权利要求9所述的半导体加工设备，其特征在于，所述半导体加工设备还包括进气管道、排气管道和冷却气源，其中
所述冷却气源用于在对所述待冷却托盘进行冷却时经由所述进气管道向所述腔室内输送冷却气体；
所述排气管道用于排出所述腔室内的冷却气体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
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