CN105220126B - 冷却装置、加载腔室及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却装置、加载腔室及半导体加工设备，上述冷却装置用于冷却完成工艺的被加工工件，其包括多个沿竖直方向间隔设置的冷却盘，冷却盘上设有纵向通孔，该纵向通孔贯通冷却盘，冷却装置还包括顶针机构，顶针机构包括驱动装置和多个顶针，驱动装置用于驱动多个顶针通过冷却盘上的纵向通孔在竖直方向上作升降运动，以实现多个冷却盘同时冷却多个被加工工件。本发明提供的冷却装置可以更快地将反应腔室中完成工艺处理的被加工工件冷却，缩短被加工工件在反应腔室内等待冷却的时间，使反应腔室用于对被加工工件进行工艺处理的时间增加，进而可以提高设备的生产效率和产能。

Description

冷却装置、加载腔室及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种冷却装置、加载腔室及半导体加工设备。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称为PVD)是一种在真空条件下，采用物理方法将材料源(固体或液体)表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，通过低压气体或等离子体过程，在被加工工件表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的工艺；其主要实现方法有真空蒸镀、溅射、电弧等离子体镀、离子镀膜及分子束外延等。迄今为止，通过上述方法，不仅可以实现向被加工工件上沉积金属膜、合金膜，还可以向被加工工件上沉积化合物、陶瓷、半导体和聚合物等。

图1为现有的PVD设备的结构示意图。如图1所示，PVD设备包括片盒1、大气机械手2、加载腔室3、传输腔室4和多个工艺腔室5。其中，片盒1用于在其内放置被加工工件；传输腔室4内为真空环境；传输腔室4与加载腔室3和每个工艺腔室5连通，其内设有真空机械手6；工艺腔室5用于在其内部对被加工工件进行沉积工艺。在工艺过程中，大气机械手2用于在片盒1与加载腔室3之间传输被加工工件；真空机械手6用于在加载腔室3和相应的工艺腔室5之间传输被加工工件。

被加工工件在工艺腔室5中进行沉积工艺时，其一般具有较高的温度，使得在工艺完成后，需要先将其冷却后，再传输至片盒1内；并且，为防止温度较高的被加工工件在空气中发生氧化，对被加工工件的冷却需要在真空环境中进行。在上述PVD设备中，对被加工工件的冷却在加载腔室3中进行。具体地，如图2所示，加载腔室3内设有冷却盘7，其用于将完成工艺的被加工工件冷却至常温；冷却盘7下方设有顶针机构8，顶针机构8包括驱动装置9和多个竖直的顶针10；冷却盘7上与多个顶针10对应的位置处设有竖直的通道，使驱动装置9可以驱动多个顶针10沿竖直方向作升降运动，并使其顶端高出或低于冷却盘7的上表面。此外，冷却盘7上设置有用于放置被加工工件的通过架11。

具体地，被加工工件由片盒1至工艺腔室5的传输流程如图3所示，其包括下述步骤：步骤S1，大气机械手2从片盒1中取出被加工工件，并将其传输至加载腔室3中；步骤S2，若加载腔室3中的顶针机构8位于高位，即多个顶针10的顶端高出冷却盘7的上表面，则大气机械手2将被加工工件放置于多个顶针10的顶端；若顶针机构8处于低位，即多个顶针10的顶端低于冷却盘7的上表面，则大气机械手2将被加工工件放置于通过架11上；步骤S3，真空机械手6进入加载腔室3，将被加工工件从多个顶针10的顶端或通过架11上取走，并传输至相应的工艺腔室5，使被加工工件在工艺腔室5中进行沉积工艺。

在完成沉积工艺后，被加工工件由工艺腔室5向片盒1内传输，其传输流程如图4所示，具体包括下述步骤：步骤S10，真空机械手6将被加工工件从工艺腔室5中取出，并传输至加载腔室3内；步骤S11，使顶针机构8位于高位，在此情况下，真空机械手6将被加工工件放置于多个顶针10的顶端；步骤S12，驱动装置9驱动多个顶针10下降，使其顶端低于冷却盘7的上表面，将被加工工件放置于冷却盘7的上表面上；步骤S13，冷却盘7将被加工工件冷却至室温；步骤S14，驱动装置9驱动多个顶针10上升，使其顶端高出冷却盘7的上表面，将被加工工件转移至多个顶针10的顶端上；步骤S15，大气机械手2进入加载腔室3内，将被加工工件从顶针机构8上取走，并传输至片盒1内。

在上述PVD设备中，加载腔室3的数量为两个，每个加载腔室3内设置一个冷却盘7，这使得两个加载腔室3中的冷却盘7均对被加工工件进行冷却时，工艺腔室5中已经完成沉积工艺的被加工工件只能等待位于冷却盘7上的被加工工件冷却完成后，才能被传输至加载腔室3中进行冷却，并且，在该过程中，工艺腔室5无法对被加工工件进行沉积工艺，这样导致PVD设备的生产效率以及产能较低。

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，提出了一种冷却装置、加载腔室及半导体加工设备，其可以同时对更多的被加工工件进行冷却，从而提高被加工工件的冷却效率，进而可以提高设备对被加工工件进行工艺处理的效率及产能。

为实现本发明的目的而提供一种冷却装置，用于冷却完成工艺的被加工工件，其包括多个沿竖直方向间隔设置的冷却盘，所述冷却盘上设有纵向通孔，所述纵向通孔贯通所述冷却盘；所述冷却装置还包括顶针机构，所述顶针机构包括驱动装置和多个顶针，所述驱动装置用于驱动所述多个顶针通过所述冷却盘上的纵向通孔在竖直方向上作升降运动，以实现多个冷却盘同时冷却多个被加工工件。

其中，所述驱动装置为电机或气缸。

其中，所述冷却盘的数量为两个。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种加载腔室，包括冷却装置，所述冷却装置采用本发明提供的上述冷却装置。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括加载腔室、机械手和反应腔室，所述加载腔室采用本发明提供的上述加载腔室。

其中，所述机械手包括真空机械手，所述真空机械手用于在所述加载腔室和所述反应腔室之间传输被加工工件；驱动装置驱动多个顶针沿竖直方向向下移动，使多个顶针的顶端依次到达每个冷却盘的上方；在多个顶针的顶端高于位置最高的冷却盘时，真空机械手承载着被加工工件运动至位置最高的冷却盘上方，且高于多个顶针的顶端的位置处；在多个顶针的顶端位于两个冷却盘之间时，真空机械手承载着被加工工件运动至该两个冷却盘之间，且高于多个顶针的顶端的位置处；通过多个顶针和真空机械手之间在竖直方向上的相对运动，使被加工工件由真空机械手转移至多个顶针上；并通过驱动装置驱动多个顶针向下运动，使被加工工件转移至冷却盘上。

其中，所述机械手包括大气机械手，所述大气机械手用于在片盒和所述加载腔室之间传输被加工工件；驱动装置驱动多个顶针沿竖直方向向上运动，使多个顶针的顶端依次到达每个冷却盘的上方，将完成冷却的被加工工件由冷却盘转移至多个顶针的顶端；大气机械手运动至多个顶针的顶端和位于其下方的冷却盘之间的位置处；通过多个顶针和大气机械手之间在竖直方向上的相对运动，使被加工工件由多个顶针的顶端转移至大气机械手上。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的冷却装置，其包括沿竖直方向间隔设置的多个冷却盘，在工艺过程中，多个冷却盘可以同时对多个被加工工件冷却，使冷却装置具有较高的冷却效率；从而，本发明提供的冷却装置可以更快地将反应腔室中完成工艺处理的被加工工件冷却，缩短被加工工件在反应腔室内等待冷却的时间，使反应腔室用于对被加工工件进行工艺处理的时间增加，进而可以提高设备的生产效率和产能。

本发明提供的加载腔室，其采用本发明提供的上述冷却装置，可以更快地将反应腔室中完成工艺处理的被加工工件冷却，缩短被加工工件在反应腔室内等待冷却的时间，使反应腔室用于对被加工工件进行工艺处理的时间增加，进而可以提高设备的生产效率和产能。

本发明提供的半导体加工设备，其采用本发明提供的上述加载腔室，可以更快地将反应腔室中完成工艺处理的被加工工件冷却，缩短被加工工件在反应腔室内等待冷却的时间，使反应腔室用于对被加工工件进行工艺处理的时间增加，进而可以提高半导体加工设备的生产效率和产能。

附图说明

图1为现有的PVD设备的结构示意图；

图2为冷却盘的结构示意图；

图3为被加工工件由片盒至工艺腔室的传输流程图；

图4为被加工工件由工艺腔室至片盒的传输流程图；

图5为本发明实施例提供的冷却装置的立体示意图；

图6为图5所示冷却装置的平面示意图；

图7为本发明实施例中被加工工件由片盒至反应腔室的传输流程图；

图8为本发明实施例中被加工工件由反应腔室至冷却盘的传输流程图；以及

图9为本发明实施例中被加工工件由冷却盘至片盒的传输流程图。

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冷却装置、加载腔室及半导体加工设备进行详细描述。

请参看图5及图6，图5为本发明实施例提供的冷却装置的立体示意图。图6为图5所示冷却装置的平面示意图。冷却装置20位于加载腔室内，其用于冷却完成工艺的被加工工件，其包括多个沿竖直方向间隔设置的冷却盘21；冷却盘21上设有多个纵向通孔210，该多个纵向通孔210贯通冷却盘21。多个冷却盘21下方设有顶针机构22；顶针机构22包括驱动装置220和多个顶针221，驱动装置220具体为电机或气缸，其用于驱动多个顶针221通过冷却盘21上的纵向通孔210在竖直方向上作升降运动，以实现多个冷却盘21同时冷却多个被加工工件。

冷却盘21内设有管道(图中未示出)，用于供冷却介质通过，将置于其上的被加工工件冷却。在本实施例中，冷却介质为液体或气体；优选地，冷却介质为冷却水。

具体地，在本实施例中，冷却盘21的数量为两个，分别为上层冷却盘211和下层冷却盘212。在本实施例中，在被加工工件由片盒向反应腔室中传输时，如图7所示，大气机械手首先从片盒中取片，并将取出的被加工工件传输到加载腔室内；此时，使顶针机构22处于顶针高位，即多个顶针221的顶端高出上层冷却盘211的上表面的位置，在此情况下，大气机械手到达顶针机构22的上方，并相对于顶针机构22向下运动，直至低于多个顶针221的顶端，从而将其承载的被加工工件转移至多个顶针221的顶端；其后，传输腔室内的真空机械手进入到加载腔室内，运动至多个顶针221的顶端下方，并相对于顶针机构22向上运动，直至高出多个顶针221的顶端，从而将放置于多个顶针221的顶端的被加工工件转移至真空机械手上；而后，真空机械手承载着被加工工件，将其传输到相应的反应腔室中进行工艺处理。

在反应腔室中对被加工工件的工艺处理完成后，需要将被加工工件从反应腔室内传输至片盒中，其传输流程如图8及图9所示；在此过程中，首先由真空机械手将被加工工件从反应腔室中取出，并传输至加载腔室内；此时，使顶针机构22处于顶针高位，即多个顶针221的顶端高出上层冷却盘211的上表面的位置，在此情况下，真空机械手到达顶针机构22的上方，并相对于顶针机构22向下运动，直至低于多个顶针221的顶端，从而将放置于真空机械手上的被加工工件转移至多个顶针221的顶端；而后，驱动装置220驱动多个顶针221向下运动，使多个顶针221的顶端低于上层冷却盘211的上表面，从而将放置于多个顶针221的顶端的被加工工件转移至上层冷却盘211上；在此情况下，上层冷却盘211对被加工工件进行冷却，将其冷却至常温。

在将一被加工工件放置于上层冷却盘211上后，真空机械手退出加载腔室，并再次进入到反应腔室中，将反应腔室中完成工艺处理的被加工工件取出，并传输至加载腔室内；此时，使顶针机构22处于顶针低位，即多个顶针221的顶端位于上层冷却盘211下方，且高出下层冷却盘212上表面的位置，在此情况下，真空机械手到达顶针机构22的上方与上层冷却盘211下方之间的位置处，并相对于顶针机构22向下运动，直至低于多个顶针221的顶端，从而将放置于真空机械手上的被加工工件转移至多个顶针221的顶端；而后，驱动装置220驱动多个顶针221向下运动，使多个顶针221的顶端低于下层冷却盘212的上表面，从而将放置于多个顶针221的顶端的被加工工件转移至下层冷却盘212上；在此情况下，下层冷却盘212对被加工工件进行冷却，将其冷却至常温。

在将上层冷却盘211和下层冷却盘212上都放置被加工工件后，多个顶针221的顶端低于下层冷却盘212的上表面，在此情况下，驱动装置220驱动多个顶针221向下运动，使顶针机构22到达顶针HOME位，即多个顶针221的顶端低于下层冷却盘212的位置处。在实际应用中，顶针HOME位为顶针机构22的预设原点位置。

在上层冷却盘211和下层冷却盘212将被加工工件冷却至常温后，如图9所示，驱动装置220驱动多个顶针221向上运动，使多个顶针221的顶端高出下层冷却盘212的上表面，即顶针机构22由顶针HOME位上升至顶针低位，在此过程中，放置于下层冷却盘212上的被加工工件转移至多个顶针221的顶端上；而后，大气机械手进入到加载腔室中多个顶针221的顶端下方和下层冷却盘212上表面之间的位置处，并相对于顶针机构22向上运动，使其高出多个顶针221的顶端，从而将放置于多个顶针221的顶端上的被加工工件转移至大气机械手上；最后，大气机械手携带着被加工工件退出加载腔室，并将被加工工件传输至片盒内。

在将下层冷却盘212上的被加工工件传输至片盒后，驱动装置220继续驱动多个顶针221向上运动，使多个顶针221的顶端高出上层冷却盘211的上表面，即顶针机构22由顶针低位上升至顶针高位，在此过程中，放置于上层冷却盘211上的被加工工件转移至多个顶针221的顶端上；而后，大气机械手进入到加载腔室中多个顶针221的顶端下方和下层冷却盘212上表面之间的位置处，并相对于顶针机构22向上运动，使其高出多个顶针221的顶端，从而将放置于多个顶针221的顶端上的被加工工件转移至大气机械手上；最后，大气机械手携带着被加工工件退出反应腔室，并将被加工工件传输至片盒内。

本实施例提供的冷却装置，其包括沿竖直方向间隔设置的多个冷却盘，在工艺过程中，多个冷却盘可以同时对多个被加工工件冷却，使冷却装置具有较高的冷却效率；从而，本实施例提供的冷却装置可以更快地将反应腔室中完成工艺处理的被加工工件冷却，缩短被加工工件在反应腔室内等待冷却的时间，使反应腔室用于对被加工工件进行工艺处理的时间增加，进而可以提高设备的生产效率和产能。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种加载腔室，其包括冷却装置，该冷却装置采用本发明上述实施例提供的冷却装置。

本发明实施例提供的加载腔室，其采用本发明上述实施例提供的冷却装置，可以更快地将反应腔室中完成工艺处理的被加工工件冷却，缩短被加工工件在反应腔室内等待冷却的时间，使反应腔室用于对被加工工件进行工艺处理的时间增加，进而可以提高设备的生产效率和产能。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括加载腔室、机械手和反应腔室，其中，加载腔室采用本发明上述实施例提供的加载腔室。机械手包括真空机械手和大气机械手，真空机械手用于在加载腔室和反应腔室之间传输被加工工件，大气机械手用于在片盒和加载腔室之间传输被加工工件。

具体地，在完成对被加工工件的工艺后，在驱动装置的驱动下，多个顶针的顶端首先到达位置最高的冷却盘的上方；而后，真空机械手承载着被加工工件运动至位置最高的冷却盘上方，且高于多个顶针的顶端的位置处；通过多个顶针和真空机械手之间在竖直方向上的相对运动，使被加工工件由真空机械手转移至多个顶针上；并通过驱动装置驱动多个顶针向下运动，使被加工工件转移至冷却盘上。由冷却盘对被加工工件进行冷却。

在将被加工工件放置于位置最高的冷却盘上后，驱动装置驱动多个顶针继续向下运动，使多个顶针的顶端到达下一个冷却盘的上方；而真空机械手则返回反应腔室，并承载着下一个被加工工件运动至该冷却盘和位置最高的冷却盘之间，且高于多个顶针的顶端的位置处；通过多个顶针和真空机械手之间在竖直方向上的相对运动，使被加工工件由真空机械手转移至多个顶针上；并通过驱动装置驱动多个顶针向下运动，使被加工工件转移至冷却盘上。由冷却盘对被加工工件进行冷却。

通过重复上述步骤，可以使每个冷却盘上均放置有被加工工件，从而实现多个冷却盘同时对多个被加工工件进行冷却。

在对被加工工件的冷却完成后，驱动装置驱动多个顶针沿竖直方向向上运动，首先到达位置最低的冷却盘的上方，将完成冷却的被加工工件由冷却盘转移至多个顶针的顶端；而后，大气机械手运动至多个顶针的顶端和位置最低的冷却盘之间的位置处，通过多个顶针和大气机械手之间在竖直方向上的相对运动，使被加工工件由多个顶针的顶端转移至大气机械手上；然后，大气机械手承载着被加工工件退出加载腔室，并将被加工工件传输至片盒内。

在大气机械手承载着被加工工件退出加载腔室后，驱动装置继续驱动多个顶针沿竖直方向向上运动，通过重复上述步骤，可以使放置于每个冷却盘上方的被加工工件通过大气机械手传输至片盒内。从而完成被加工工件由加载腔室至片盒的传输过程。

本发明实施例提供的半导体加工设备，其采用本发明上述实施例提供的加载腔室，可以更快地将反应腔室中完成工艺处理的被加工工件冷却，缩短被加工工件在反应腔室内等待冷却的时间，使反应腔室用于对被加工工件进行工艺处理的时间增加，进而可以提高半导体加工设备的生产效率和产能。

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 (7)

1.一种冷却装置，用于冷却完成工艺的被加工工件，其特征在于，包括多个沿竖直方向间隔设置的冷却盘，所述冷却盘上设有纵向通孔，所述纵向通孔贯通所述冷却盘；

所述冷却装置还包括顶针机构，所述顶针机构包括驱动装置和多个顶针，所述驱动装置用于驱动所述多个顶针通过所述冷却盘上的纵向通孔在竖直方向上作升降运动，以实现多个冷却盘同时冷却多个被加工工件。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述驱动装置为电机或气缸。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘的数量为两个。

4.一种加载腔室，包括冷却装置，其特征在于，所述冷却装置采用权利要求1-3任意一项所述的冷却装置。

5.一种半导体加工设备，包括加载腔室、机械手和反应腔室，其特征在于，所述加载腔室采用权利要求4所述的加载腔室。

6.根据权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，所述机械手包括真空机械手，所述真空机械手用于在所述加载腔室和所述反应腔室之间传输被加工工件；

驱动装置驱动多个顶针沿竖直方向向下移动，使多个顶针的顶端依次到达每个冷却盘的上方；

在多个顶针的顶端高于位置最高的冷却盘时，真空机械手承载着被加工工件运动至位置最高的冷却盘上方，且高于多个顶针的顶端的位置处；在多个顶针的顶端位于两个冷却盘之间时，真空机械手承载着被加工工件运动至该两个冷却盘之间，且高于多个顶针的顶端的位置处；

通过多个顶针和真空机械手之间在竖直方向上的相对运动，使被加工工件由真空机械手转移至多个顶针上；并通过驱动装置驱动多个顶针向下运动，使被加工工件转移至冷却盘上。

7.根据权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，所述机械手包括大气机械手，所述大气机械手用于在片盒和所述加载腔室之间传输被加工工件；

驱动装置驱动多个顶针沿竖直方向向上运动，使多个顶针的顶端依次到达每个冷却盘的上方，将完成冷却的被加工工件由冷却盘转移至多个顶针的顶端；

大气机械手运动至多个顶针的顶端和位于其下方的冷却盘之间的位置处；

通过多个顶针和大气机械手之间在竖直方向上的相对运动，使被加工工件由多个顶针的顶端转移至大气机械手上。