CN110875167B - 冷却腔室及半导体加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷却腔室及半导体加工设备,该冷却腔室包括旋转机构,用于承载待冷却件,并驱动待冷却件围绕待冷却件的中心旋转。本发明提供的冷却腔室,其可以提高待冷却件的不同区域的温度均匀性,从而可以减少待冷却件中的应力产生,提高产品性能和一致性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,具体地,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,PVD)工艺,作为一种重要的薄膜制备手段,目前被广泛应用于LED行业。PVD AlN薄膜在LED外延制程中越来越受到行业的重视。AlN作为一种化合物,通常利用PVD设备采用反应溅射的方法制备,具体来说,通过利用Ar+离子轰击纯Al靶材,使靶材上的Al原子或者原子团被溅射出来沉积在晶片上,并与N2原子结合在晶片表面上形成AlN。由于Al原子与N2在结合的过程中需要跨越较大的结合能,需要在较高的温度环境下实现,一般至少在600℃以上,因此,AlN薄膜在制备之后,必须要通过冷却才能够从PVD设备中取出。
典型的用于制备AlN薄膜的PVD设备包括装卸载腔室、传输腔室、工艺腔室和冷却腔室。在将承载有多个晶片的托盘装载至装卸载腔室中之后,经由传输腔室中的机械手将托盘传输至工艺腔室中进行高温溅射工艺,在完成工艺之后,再由机械手将托盘传输至冷却腔室中进行冷却,冷却之后再传输至装卸载腔室取出。
现有的冷却腔室包括冷却腔壁,在冷却腔壁中设置有冷却水道;并且,在由冷却腔壁限定的冷却空间中设置有可升降的支架,用于承载托盘,并通过作升降运动与机械手配合,以实现托盘的取放操作。另外,在冷却腔壁上还设置有进气口,用于向冷却空间中通入冷却气体,以通过气体的流动来增加托盘与冷却腔壁之间的热传递,最终通过冷却腔壁中的冷却水道将热量带走。
上述冷却腔室在实际应用中不可避免地存在以下问题:
由于受到冷却腔室的结构限制,腔室结构和冷却水道的分布无法保证完全对称,导致对托盘的不同位置的冷却速度不一致,从而造成托盘上晶片间或者晶片内不同区域的冷却速度不一致,进而可能造成晶片中应力的产生,对产品性能和一致性均有不良影响,严重时甚至会造成晶片碎裂。
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,提出了一种冷却腔室及半导体加工设备,其可以提高待冷却件的不同区域的温度均匀性,从而可以减少待冷却件中的应力产生,提高产品性能和一致性。
为实现本发明的目的而提供一种冷却腔室,包括旋转机构,用于承载待冷却件,并驱动所述待冷却件围绕所述待冷却件的中心旋转。
可选的,还包括升降机构,所述升降机构能够作升降运动,且在上升过程中自所述旋转机构托起所述待冷却件,或者在下降过程中将所述待冷却件传递至所述旋转机构。
可选的,所述旋转机构包括用于承载待冷却件的旋转支架,所述旋转支架的承载面直径小于所述待冷却件的直径;
所述升降机构包括升降支架,所述升降支架的承载面为环形,并且所述升降支架的承载面的内径小于所述待冷却件的直径,且所述升降支架的承载面的内径大于所述旋转支架的直径。
可选的,所述旋转支架的承载面的中心与所述冷却腔室的轴向中心线重合。
可选的,所述升降支架包括弧形悬臂,所述弧形悬臂环绕设置在所述旋转支架的周围。
可选的,所述旋转机构还包括旋转轴和旋转驱动源,所述旋转轴竖直设置,并且所述旋转轴的上端与所述旋转支架连接,且位于所述旋转支架的承载面中心;所述旋转轴的下端延伸至所述冷却腔室的外部,并与所述旋转驱动源连接;
所述旋转驱动源用于驱动所述旋转轴旋转。
可选的,所述升降机构还包括升降轴、波纹管和升降驱动源,其中,
所述升降轴竖直设置,并且所述升降轴的上端与所述升降支架连接,所述升降轴的下端延伸至所述冷却腔室的外部,并与所述升降驱动源连接;
所述波纹管套设在所述升降轴上,用于密封所述升降轴与所述冷却腔室的腔壁之间的间隙;
所述升降驱动源用于驱动所述升降轴作升降运动。
可选的,在所述冷却腔室的底部腔壁中设置有多个进气口,用于向所述冷却腔室的内部通入冷却气体;多个所述进气口排布在位于所述旋转机构下方的至少一个圆周上,所述圆周上的进气口相对于所述圆周的中心对称分布。
可选的,多个所述进气口排布在多个圆周上,且所述进气口中的气体流量按所述进气口所在圆周的直径由小至大按预设比例减小。
可选的,所述进气口中的气体流量的取值范围在500~1000sccm。
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本发明提供的上述冷却腔室。
本发明具有以下有益效果:
本发明提供的冷却腔室,其在冷却过程中借助旋转机构驱动待冷却件围绕待冷却件的中心旋转,这可以避免待冷却件不同的热量无法以同等的速度进行冷却的情况,从而可以提高待冷却件的不同区域的温度均匀性,从而可以减少待冷却件中的应力产生,提高产品性能和一致性。
本发明提供的半导体加工设备,其通过采用本发明提供的冷却腔室,可以提高待冷却件的不同区域的温度均匀性,从而可以减少待冷却件中的应力产生,提高产品性能和一致性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的冷却腔室的一种剖视图;
图2为本发明实施例提供的冷却腔室的另一种剖视图;
图3为本发明实施例采用的旋转支架和升降支架的俯视图;
图4为本发明实施例采用的进气口的俯视图;
图5为本发明实施例采用的进气口的仰视图。
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腔室及半导体加工设备进行详细描述。
本发明提供的冷却腔室,其包括旋转机构,用于承载待冷却件,并驱动待冷却件围绕待冷却件的中心旋转。待冷却件可以是用于承载多个晶片的托盘,或者是晶片。
通过在冷却过程中借助旋转机构驱动待冷却件围绕待冷却件的中心旋转,可以避免待冷却件不同的热量无法以同等的速度进行冷却的情况,从而可以提高待冷却件的不同区域的温度均匀性,从而可以减少待冷却件中的应力产生,提高产品性能和一致性。
可选的,待冷却件的转速的取值范围在0.5~1转/秒。
下面对本发明提供的冷却腔室的具体实施方式进行详细描述。具体地,请参阅图1至图3,冷却腔室1包括旋转机构,用于承载待冷却件4,并驱动待冷却件4围绕待冷却件4的中心旋转。在本实施例中,该旋转机构包括用于承载待冷却件4的旋转支架7。并且,在冷却腔室1的腔壁中设置有冷却水道2;并且,在底部腔壁中还设置有进气口11,用于向冷却腔室1中通入冷却气体(例如氮气)。在对待冷却件4进行冷却时,通过进气口11向冷却腔室1中通入冷却气体,可以通过气体的流动来增加待冷却件4与腔壁之间的热传递,最终通过腔壁中的冷却水道2将热量带走。
在本实施例中,冷却腔室1还包括升降机构,该升降机构能够作升降运动,且在上升过程中自旋转支架7托起待冷却件4,或者在下降过程中将待冷却件4传递至旋转支架7。该升降机构包括用于承载待冷却件4的升降支架3。
借助上述升降机构,可以实现在旋转支架7与升降支架3之间传递待冷却件4,并通过与传输腔室中的机械手相配合,来实现待冷却件4的取出和移入。
请参阅图3,在本实施例中,旋转支架8的承载面直径小于待冷却件4的直径;升降支架3的承载面为环形,并且升降支架3的承载面的内径小于待冷却件4的直径,且升降支架3的承载面的内径大于旋转支架8的直径。这样,在升降支架3升降时,旋转支架8和升降支架3之间不会存在干扰;同时,通过使旋转支架8的承载面直径小于待冷却件4的直径,且升降支架3的承载面的内径大于旋转支架8的直径,在升降支架3上升时,能够自旋转支架8上的托起待冷却件4的边缘区域,从而可以实现在旋转支架7与升降支架3之间传递待冷却件4。
在本实施例中,旋转支架7由环体71及十字架72构成。该环体71的直径小于待冷却件4的直径,在待冷却件4置于环体71上时,待冷却件4的边缘区域是悬空的。
在本实施例中,在旋转支架7上设置有多个第一垫片8,且多个第一垫片8沿旋转支架7的承载面的周向间隔分布,用于承载待冷却件4。
可选的,旋转支架7的承载面的中心与冷却腔室1的轴向中心线重合,这样,可以使待冷却件4围绕冷却腔室1的轴向中心线旋转,从而可以进一步提高待冷却件的不同区域的温度均匀性。
在本实施例中,升降支架3包括弧形悬臂31,该弧形悬臂31环绕设置在旋转支架7的周围;并且,在弧形悬臂31上设置有沿弧形悬臂31的周向间隔分布的多个第二垫块32,每个第二垫块32自弧形悬臂31的内侧凸出,用于承载待冷却件4。
在本实施例中,旋转机构还包括旋转轴9和旋转驱动源(图中未示出),旋转轴9竖直设置,并且该旋转轴9的上端与旋转支架7连接,且位于旋转支架7的承载面中心,以能够带动旋转支架7围绕其承载面中心旋转;旋转轴9的下端延伸至冷却腔室1的外部,并与旋转驱动源连接;旋转驱动源用于驱动旋转轴9旋转。在本实施例中,在冷却腔室1的底部腔壁上设置有供旋转轴9通过的通孔,且在该通孔与旋转轴9之间设置有密封圈10,用于对二者之间的间隙进行密封。
在本实施例中,升降机构还包括升降轴14、波纹管5和升降驱动源(图中未示出),其中,升降轴14竖直设置,并且升降轴14的上端与升降支架3连接,升降轴14的下端延伸至冷却腔室1的外部,并与升降驱动源连接;波纹管5套设在升降轴14上,用于密封升降轴14与冷却腔室1的腔壁之间的间隙。具体地,波纹管5的上端设置有上法兰,该上法兰与升降支架3螺纹连接。波纹管5的下端设置有下法兰6,该下法兰6固定在冷却腔室1的底部。升降驱动源用于驱动升降轴14作升降运动。
在本实施例中,在冷却腔室1的底部腔壁中设置有多个进气口11,用于向冷却腔室1的内部通入冷却气体,通过气体的流动来增加待冷却件4与腔壁之间的热传递,最终通过腔壁中的冷却水道2将热量带走。
为了提高待冷却件的不同区域的温度均匀性,多个进气口11排布在位于旋转机构下方的至少一个圆周上,该圆周上的进气口11相对于圆周的中心对称分布。
在本实施例中,多个进气口11排布在多个圆周上,例如,如图4所示,多个进气口11分布在三个圆周上,每个圆周上的进气口11的数量为8个,且按中心角45°排列。并且,进气口11中的气体流量按进气口11所在圆周的直径由小至大按预设比例减小,即,进气口11c的气体流量小于进气口11b的气体流量小于进气口11a的气体流量。这是设置是因为:在旋转机构驱动待冷却件4旋转时,待冷却件4的温度分布将表现为同心圆形式,即,待冷却件4的温度在其径向上形成温度梯度,该温度梯度为由待冷却件4的中心向边缘逐渐降低。基于此,通过使进气口11中的气体流量按进气口11所在圆周的直径由小至大按预设比例减小,可以使靠近冷却件4中心区域的进气口11的气体流量大于靠近冷却件4边缘区域的进气口11的气体流量,气体流量越大,则传递热量的速度越高,冷却速度也越快,从而可以补偿待冷却件4径向上的温度差异,提高待冷却件的温度均匀性。
可选的,进气口11中的气体流量的取值范围在500~1000sccm。
在本实施例中,如图5所示,在冷却腔室1的底部腔壁中还设置有多个环形通道15,每个环形通道15与同一圆周上的各个进气口的下端连接,且通过总气孔16与气源(图中未示出)连接。由气源提供的冷却气体依次通过总气孔16和环形通道15同时流入同一圆周上的各个进气口中。
需要说明的是,在本实施例中,旋转机构和升降机构相互独立,但是本发明并不局限于此,在实际应用中,旋转机构和升降机构集成在一起,即,旋转机构用于承载待冷却件,并驱动待冷却件围绕待冷却件的中心旋转;升降机构用于驱动旋转机构及其上的待冷却件同步升降,以能够与机械手配合实现待冷却件的取放。或者,还可以省去升降机构,而仅保留旋转机构,并借助可升降的机械手来实现待冷却件的取放。
综上所述,本发明实施例提供的冷却腔室,其在冷却过程中借助旋转机构驱动待冷却件围绕待冷却件的中心旋转,这可以避免待冷却件不同的热量无法以同等的速度进行冷却的情况,从而可以提高待冷却件的不同区域的温度均匀性,从而可以减少待冷却件中的应力产生,提高产品性能和一致性。
作为另一个技术方案,本发明还提供一种半导体加工设备,包括本发明提供的上述冷却腔室。
可选的,上述半导体加工设备包括装卸载腔室、传输腔室、工艺腔室和冷却腔室。在将承载有多个晶片的托盘装载至装卸载腔室中之后,经由传输腔室中的机械手将托盘传输至工艺腔室中进行高温溅射工艺,在完成工艺之后,再由机械手将托盘传输至冷却腔室中进行冷却,冷却之后再传输至装卸载腔室取出。
可选的,上述半导体加工设备为PVD设备。
本发明提供的半导体加工设备,其通过采用本发明提供的冷却腔室,可以提高待冷却件的不同区域的温度均匀性,从而可以减少待冷却件中的应力产生,提高产品性能和一致性。
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)
1.一种冷却腔室,在工艺腔室中的待冷却件完成工艺之后,由机械手将所述待冷却件传输至所述冷却腔室中进行冷却,在所述冷却腔室的腔壁中设置有冷却水道,其特征在于,包括旋转机构,用于承载待冷却件,并驱动所述待冷却件围绕所述待冷却件的中心旋转;在所述冷却腔室的底部腔壁中设置有多个进气口,用于直接向所述冷却腔室的内部通入冷却气体;多个所述进气口排布在多个圆周上,且所述进气口中的气体流量按所述进气口所在圆周的直径由小至大按预设比例减小。
2.根据权利要求1所述的冷却腔室,其特征在于,还包括升降机构,所述升降机构能够作升降运动,且在上升过程中自所述旋转机构托起所述待冷却件,或者在下降过程中将所述待冷却件传递至所述旋转机构。
3.根据权利要求2所述的冷却腔室,其特征在于,所述旋转机构包括用于承载待冷却件的旋转支架,所述旋转支架的承载面直径小于所述待冷却件的直径;
所述升降机构包括升降支架,所述升降支架的承载面为环形,并且所述升降支架的承载面的内径小于所述待冷却件的直径,且所述升降支架的承载面的内径大于所述旋转支架的直径。
4.根据权利要求3所述的冷却腔室,其特征在于,所述旋转支架的承载面的中心与所述冷却腔室的轴向中心线重合。
5.根据权利要求3所述的冷却腔室,其特征在于,所述升降支架包括弧形悬臂,所述弧形悬臂环绕设置在所述旋转支架的周围。
6.根据权利要求3所述的冷却腔室,其特征在于,所述旋转机构还包括旋转轴和旋转驱动源,所述旋转轴竖直设置,并且所述旋转轴的上端与所述旋转支架连接,且位于所述旋转支架的承载面中心;所述旋转轴的下端延伸至所述冷却腔室的外部,并与所述旋转驱动源连接;
所述旋转驱动源用于驱动所述旋转轴旋转。
7.根据权利要求3所述的冷却腔室,其特征在于,所述升降机构还包括升降轴、波纹管和升降驱动源,其中,
所述升降轴竖直设置,并且所述升降轴的上端与所述升降支架连接,所述升降轴的下端延伸至所述冷却腔室的外部,并与所述升降驱动源连接;
所述波纹管套设在所述升降轴上,用于密封所述升降轴与所述冷却腔室的腔壁之间的间隙;
所述升降驱动源用于驱动所述升降轴作升降运动。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的冷却腔室,其特征在于,所述圆周上的进气口相对于所述圆周的中心对称分布。
9.根据权利要求1所述的冷却腔室,其特征在于,所述进气口中的气体流量的取值范围在500~1000sccm。
10.一种半导体加工设备,其特征在于,包括权利要求1-9任意一项所述的冷却腔室。
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