CN104952762A - 冷却腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷却腔室及半导体加工设备，该冷却腔室包括基座和基座冷却系统，基座设置在冷却腔室内，待冷却基片放置在基座的上表面上，借助基座冷却系统采用热传导的方式冷却基座，以实现基座采用热传导的方式冷却待冷却基片。本发明提供的冷却腔室，不仅可以提高冷却效率，而且可以降低冷却成本，从而可以提高经济效益。

Description

冷却腔室及半导体加工设备

技术领域

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种冷却腔室

及半导体加工设备。

背景技术

物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，以下简称PVD）技术是微电子领域常用的加工技术，其在集成电路制造行业中，多特指磁控溅射技术，主要用于铝、铜等金属薄膜的沉积，以获得金属接触、金属互连线等。

通常，PVD工艺主要包括三个工艺过程：去气、预清洗和工艺沉积，且在工艺沉积过程完成之后，由于基片的温度较高，无法直接放置在片盒中且不能与其他非耐高温的器件接触，但将该高温的基片直接放置在空气中进行冷却会造成基片的表面形成氧化层，这会对工艺质量产生影响，因此，在工艺腔室内完成工艺沉积之后将其传输至冷却腔室以完成冷却工艺。图1为现有的冷却腔室的结构示意图，请参阅图1，该冷却腔室10包括进气口11、出气口12和承载基片S的支撑柱13，高温的基片S传送至冷却腔室10的支撑柱13上，冷却气体（例如，氮气）经由进气口11连续地输送至冷却腔室10内，该冷却气体与高温的基片S进行热交换，吸收了基片S热量的冷却气体经由出气口12排出，从而实现对基片进行冷却。

然而，采用上述的冷却腔室在实际应用中不可避免的会存在以下技术问题：为了降低基片S的温度，连续地向冷却腔室10内输送冷却气体，并且连续地将吸收了基片S热量的冷却气体排出，即，采用热对流的冷却方式冷却基片，这使得传热效率较低，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基片冷却至理想的温度而导致生产成本增加。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种冷却腔室及半导体加工设备，其实现采用热传导的方式冷却待冷却基片，不仅可以提高冷却效率，而且不需要浪费大量的氮气，因而可以降低冷却成本，从而可以提高经济效益。

本发明提供了一种冷却腔室，包括基座和基座冷却系统，所述基座设置在所述冷却腔室内，待冷却基片放置在所述基座的上表面上，所述基座冷却系统采用热传导的方式冷却所述基座，以实现所述基座采用热传导的方式冷却所述待冷却基片。

其中，在所述冷却腔室内还设置有顶针升降装置，所述顶针升降装置用于对所述待冷却基片进行升降，以使所述待冷却基片位于所述基座的上表面上或者远离所述基座的上表面。

其中，所述顶针升降装置包括至少三个顶针和顶针升降单元，每个所述顶针自所述基座的下表面贯穿至所述基座的上表面，且可在所述基座内进行升降；所述至少三个顶针用于承载所述待冷却基片；所述顶针升降单元用于驱动所述至少三个顶针升降，以使所述顶针将位于其上的待冷却基片放置在基座上表面上或者将位于所述基座上表面上的待冷却基片顶起。

其中，所述基座冷却系统为吸收式制冷系统、热电制冷系统、磁制冷系统、涡流管制冷系统或者蒸汽压缩制冷系统。

其中，所述蒸汽压缩制冷系统包括膨胀机、压缩机和冷凝器，其中，所述膨胀机与所述基座的下表面相连接，用以制冷剂在所述膨胀机内膨胀气化吸热来实现对所述基座冷却，并将吸收热量的高温气体排出至所述压缩机；所述压缩机用于对所述膨胀机排出的高温气体加压，并将加压后的高温高压气体输送至所述冷凝器；所述冷凝器用于对所述压缩机输送的高温高压气体冷却为所述制冷剂，并将所述制冷剂输送至所述膨胀机内。

优选地，环绕所述冷却腔室的内周壁设置有冷屏，且所述冷屏与所述反应腔室的内周壁之间存在间隙，用以屏蔽所述冷却腔室的内部与外部之间的热量交换。

优选地，所述冷屏的内表面设置有镜面金属涂层。

优选地，所述金属涂层为铝涂层。

本发明还提供一种半导体加工设备，包括冷却腔室，所述冷却腔室用于对待冷却基片进行冷却，所述冷却腔室采用本发明提供的上述冷却腔室

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的冷却腔室，其借助基座承载待冷却基片，并借助基座冷却系统采用热传导的方式对基座进行冷却，以实现基座采用热传导的方式冷却待冷却基片，这与现有技术中采用热对流的方式冷却待冷却基片相比，不仅可以提高冷却效率，而且不需要浪费大量的氮气，因而可以降低冷却成本，从而可以提高经济效率。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的冷却腔室，不仅可以提高工艺效率，而且可以降低投入成本，从而可以提高经济效益。

附图说明

图1为现有的冷却腔室的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的冷却腔室的结构示意图；

图3为向膨胀机输送制冷剂时的结构示意图；

图4为膨胀机排出高温气体时的结构示意图；以及

图5为本发明实施例提供的半导体加工设备的结构简图。

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冷却腔室及半导体加工设备进行详细描述。

图2为本发明实施例提供的冷却腔室的结构示意图。请参阅图2，本发明提供的冷却腔室20，冷却腔室20包括基座21和基座冷却系统，其中，基座21设置在冷却腔室20内，待冷却基片S放置在基座21的上表面上，借助基座冷却系统采用热传导的方式冷却基座21，具体地，基座冷却系统与基座21的下表面相连接，以实现基座21采用热传导的方式冷却待冷却基片S，这与现有技术中采用热对流的方式冷却待冷却基片S相比，不仅可以提高冷却效率，而且不需要浪费大量的氮气，因而可以降低冷却成本，从而可以提高经济效率。

其中，基座21的上表面的面积大于或者等于待冷却基片S的下表面的面积，这使得基座21与待冷却基片S的热传导的面积最大，因而可以提高基座21对待冷却基片S的冷却效率，从而可以进一步提高冷却效率。

在本实施例中，在冷却腔室20内还设置有顶针升降装置22，顶针升降装置22用于对待冷却基片S进行升降，以使待冷却基片S位于基座21的上表面上或者远离基座21的上表面。具体地，顶针升降装置22包括至少三个顶针221和顶针升降单元222，每个顶针221自基座21的下表面贯穿至基座21的上表面，且可在基座21内进行升降；至少三个顶针221用于承载待冷却基片S；顶针升降单元222用于驱动至少三个顶针221升降，以使顶针221将位于其上的待冷却基片S放置在基座21上表面上或者将位于基座21上表面上的待冷却基片S顶起。

采用本实施例提供的冷却腔室的工作过程具体包括以下步骤：

步骤S1，机械手等传输装置将待冷却基片S传输至冷却腔室20内的传片位置，所谓传片位置为预设的位于基座21正上方的位置；

步骤S2，顶针升降单元222驱动至少三个顶针221上升，以使顶针221在传片位置处将位于传输装置上的待冷却基片S顶起；

步骤S3，空载的机械手等传输装置传出冷却腔室20；

步骤S4，顶针升降单元222驱动至少三个顶针221的顶端下降至基座21的上表面的下方，以使顶针221将位于其上的待冷却基片S放置在基座21上表面上；

步骤S5，借助基座冷却系统对位于基座21上表面上的待冷却基片S采用热传导的方式进行冷却；

步骤S6，在待冷却基片S冷却至预设温度之后，顶针升降单元222驱动至少三个顶针221上升，以使顶针221将位于基座21上表面上的待冷却基片S顶起至传片位置的上方；

步骤S7，空载的机械手等传输装置传入冷却腔室20内的传片位置；

步骤S8，顶针升降单元222驱动至少三个顶针221下降，以使顶针221将位于其上的已完成冷却的待冷却基片S放置在传输装置的上表面上；

步骤S9，承载有已完成冷却的待冷却基片S的传输装置传出冷却腔室，工艺结束。

其中，基座冷却系统为吸收式制冷系统、热电制冷系统、磁制冷系统、涡流管制冷系统或者蒸汽压缩制冷系统，当然，在实际应用中，也可以采用其他类型的制冷系统，在此不一一列举。在本实施例中，基座冷却系统采用蒸汽压缩制冷系统，蒸汽压缩制冷系统包括膨胀机23、压缩机24和冷凝器25，其中，膨胀机23与基座21的下表面相连接，用以制冷剂在膨胀机23内膨胀气化吸热来实现对基座21冷却，并将吸收热量的高温气体排出至压缩机24；压缩机24用于对膨胀机23排出的高温气体加压，并将加压后的高温高压气体输送至冷凝器25；冷凝器25用于对压缩机24输送的高温高压气体冷却为制冷剂，并将制冷剂输送至膨胀机23内。由上可知，该基座冷却系统采用的蒸汽压缩制冷系统为一个可循环冷却的系统，这相对现有技术需要大量的氮气相比，可以降低生产成本。

如图2所示，膨胀机23包括分别通过导气管26与冷凝器25和压缩机24相连通的进气端和出气端，且在进气端和出气端分别设置有进气阀231和出气阀232，用于分别控制其所在通道的打开或者关断，并且，在膨胀机23内设置有可上下移动的气缸233。如图3和图4所示，具体地，向膨胀机23输送制冷剂时，进气阀231打开且出气阀232关闭，气缸233在膨胀机23内由下至上运动，使得制冷剂在膨胀机23内膨胀气化成气体，以吸收基座21的热量；膨胀机23排出高温气体时，进气阀231关闭且出气阀232打开，气缸233在膨胀机23内由上至下运动，吸收热量的高温气体排出至压缩机24内。

优选地，环绕冷却腔室20的内周壁设置有冷屏27，且冷屏27与冷却腔室20的内周壁之间存在间隙，用以屏蔽冷却腔室20的内部与外部之间的热量交换，这可以避免冷却腔室的外部因素对冷却腔室内部产生影响，从而可以提高冷却腔室的稳定性。进一步优选地，冷屏的内表面设置有镜面金属涂层，这可以进一步屏蔽冷却腔室20的内部与外部之间的热量交换；例如，金属涂层为铝涂层。

需要说明的是，在本实施例中，基座21通过膨胀机23进行支撑，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以采用其他支撑装置支撑基座21，且支撑装置和基座冷却系统可以互不影响。

还需要说明的是，为防止自冷凝器25输出的冷却剂内的杂质进入膨胀机23内，在二者之间的导气管26上还串接有过滤器28，以滤除冷却剂内的杂质。

图5为本发明实施例提供的半导体加工设备的结构简图，请参阅图5，本实施例提供的半导体加工设备，包括冷却腔室20，冷却腔室20用于对基片进行冷却，其中，冷却腔室20采用上述实施例提供的冷却腔室。

另外，本实施例提供的半导体加工设备还包括去气腔室30、预清洗腔室40和工艺腔室50。其中，去气腔室30用于对基片进行去气工艺，并在去气工艺完成后将基片传输至预清洗腔室40；预清洗腔室40用于对基片进行预清洗工艺，并在预清洗工艺完成后将基片传输至工艺腔室50；工艺腔室50用于对基片进行工艺过程（例如，刻蚀工艺过程、沉积工艺过程），在工艺完成后将基片传输至冷却腔室20。

容易理解，在工艺腔室50内通常需要把基片加热至工艺所需的温度之后再进行工艺，以实现较好的工艺效果（例如，刻蚀效果、沉积效果），因此，在工艺完成之后基片的温度较高需要对其进行冷却，可称需要冷却的基片为待冷却基片，在冷却腔室20内实现对待冷却基片进行冷却。

本实施例提供的半导体加工设备，其采用上述实施例提供的冷却腔室，不仅可以提高工艺效率，而且可以降低投入成本，从而可以提高经济效益。

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，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，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 (9)

1.一种冷却腔室，其特征在于，包括基座和基座冷却系统，所述基座设置在所述冷却腔室内，待冷却基片放置在所述基座的上表面上，所述基座冷却系统采用热传导的方式冷却所述基座，以实现所述基座采用热传导的方式冷却所述待冷却基片。

2.根据权利要求1所述的冷却腔室，其特征在于，在所述冷却腔室内还设置有顶针升降装置，所述顶针升降装置用于对所述待冷却基片进行升降，以使所述待冷却基片位于所述基座的上表面上或者远离所述基座的上表面。

3.根据权利要求2所述的冷却腔室，其特征在于，所述顶针升降装置包括至少三个顶针和顶针升降单元，每个所述顶针自所述基座的下表面贯穿至所述基座的上表面，且可在所述基座内进行升降；

所述至少三个顶针用于承载所述待冷却基片；

所述顶针升降单元用于驱动所述至少三个顶针升降，以使所述顶针将位于其上的待冷却基片放置在基座上表面上或者将位于所述基座上表面上的待冷却基片顶起。

4.根据权利要求1所述的冷却腔室，其特征在于，所述基座冷却系统为吸收式制冷系统、热电制冷系统、磁制冷系统、涡流管制冷系统或者蒸汽压缩制冷系统。

5.根据权利要求4所述的冷却腔室，其特征在于，所述蒸汽压缩制冷系统包括膨胀机、压缩机和冷凝器，其中，

所述膨胀机与所述基座的下表面相连接，用以制冷剂在所述膨胀机内膨胀气化吸热来实现对所述基座冷却，并将吸收热量的高温气体排出至所述压缩机；

所述压缩机用于对所述膨胀机排出的高温气体加压，并将加压后的高温高压气体输送至所述冷凝器；

所述冷凝器用于对所述压缩机输送的高温高压气体冷却为所述制冷剂，并将所述制冷剂输送至所述膨胀机内。

6.根据权利要求1所述的冷却腔室，其特征在于，环绕所述冷却腔室的内周壁设置有冷屏，且所述冷屏与所述反应腔室的内周壁之间存在间隙，用以屏蔽所述冷却腔室的内部与外部之间的热量交换。

7.根据权利要求6所述的冷却腔室，其特征在于，所述冷屏的内表面设置有镜面金属涂层。

8.根据权利要求7所述的冷却腔室，其特征在于，所述金属涂层为铝涂层。

9.一种半导体加工设备，包括冷却腔室，所述冷却腔室用于对待冷却基片进行冷却，其特征在于，所述冷却腔室采用权利要求1-8任意一项所述的冷却腔室。