CN111621758A - 一种晶圆冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆冷却装置，包括密封腔室、设于密封腔室下部的冷却基座、设于密封腔室上部的安装座、以及与安装座相连的升降驱动件，所述安装座上设有片托，所述冷却基座上设有晶圆定位区、安装座定位区、片托避让凹槽、液冷腔、用于向晶圆定位区输送冷却气体的气冷组件、以及用于排出气体的排气组件，所述安装座定位区位于所述晶圆定位区的外周、且安装座定位区的高度大于晶圆定位区的高度，所述液冷腔位于所述晶圆定位区下方，所述安装座和/或所述安装座定位区设有密封件。本发明具有结构简单、可靠，冷却效果好，冷却时间短等优点。

Description

一种晶圆冷却装置
技术领域
本发明涉及磁控溅射设备，尤其涉及一种晶圆冷却装置。
背景技术
在半导体芯片制造PVD工艺中，晶圆在一定温度下进行溅射镀膜，镀膜工艺结束后，晶圆还保持着较高的温度，需要进行冷却后才能传送回装卸片腔室的塑料片盒内。目前通常的冷却方式是将待冷却晶圆放置在具有冷却水循环系统的基座表面，通过冷却水循环带走基座上晶圆的热量。现有的冷却方式由于晶圆的热量仅靠冷却水循环系统带走，同时晶圆与基座均处于工艺腔室内的真空环境，晶圆与基座的贴合效果不佳，导致冷却效率进一步降低，冷却时间较长，影响整个机台的效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、可靠，冷却效果好，冷却时间短的晶圆冷却装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种晶圆冷却装置，包括密封腔室、设于密封腔室下部的冷却基座、设于密封腔室上部的安装座、以及与安装座相连的升降驱动件，所述安装座上设有片托，所述冷却基座上设有晶圆定位区、安装座定位区、片托避让凹槽、液冷腔、用于向晶圆定位区输送冷却气体的气冷组件、以及用于排出气体的排气组件，所述安装座定位区位于所述晶圆定位区的外周、且安装座定位区的高度大于晶圆定位区的高度，所述液冷腔位于所述晶圆定位区下方，所述安装座和/或所述安装座定位区设有密封件。
作为上述技术方案的进一步改进：所述安装座定位区的高度比晶圆定位区的高度大3mm至5mm。
作为上述技术方案的进一步改进：所述气冷组件包括设于液冷腔内的气体缓冲腔及与气体缓冲腔相连的进气管，所述晶圆定位区设有多个与所述气体缓冲腔相连的通气孔。
作为上述技术方案的进一步改进：所述气体缓冲腔与所述晶圆定位区同心布置、且气体缓冲腔的半径小于晶圆定位区的半径，所述晶圆定位区设有多圈同心布置的第一通气槽以及多条沿第一通气槽径向布置的第二通气槽，多个所述通气孔沿其中一圈所述第一通气槽的圆周方向均匀布置。
作为上述技术方案的进一步改进：所述进气管上依次设有第一截止阀、压力计和第二截止阀，所述第一截止阀位于所述气体缓冲腔与所述压力计之间。
作为上述技术方案的进一步改进：当压力计的压力为2000Pa至3000Pa时，第二截止阀关闭且第一截止阀打开以向所述气体缓冲腔输入冷却气体。
作为上述技术方案的进一步改进：所述排气组件包括排气管及设于排气管上的真空截止阀，所述排气管与抽真空系统相连。
作为上述技术方案的进一步改进：所述排气管与所述片托避让凹槽的底部连通。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的晶圆冷却装置，在冷却基座上方设置有安装座，安装座可以利用升降驱动件实现升降，冷却基座上设有晶圆定位区、安装座定位区、片托避让凹槽和液冷腔，晶圆定位区高度较安装座定位区低，晶圆完成工艺后需要进行冷却时，安装座带动片托及其上的晶圆下降，片托进入片托避让凹槽内，晶圆落于晶圆定位区并与片托分离，安装座则贴紧于安装座定位区，并通过密封件在安装座与冷却基座之间形成相对独立的冷却腔，气冷组件往晶圆定位区输送冷却气体，填补晶圆与晶圆定位区之间的间隙，从而增大两者之间的热传导，晶圆的冷却速度更快，冷却效果更好；且安装座与冷却基座之间形成的相对独立的冷却腔体积非常小，因此冷却气体使用量少，有助于节约使用成本，且充气、排气速度快、时间短，有助于提高设备产能。
附图说明
图1是本发明晶圆冷却装置放大后的结构示意图。
图2是本发明中的冷却基座的立体结构示意图。
图中各标号表示：1、密封腔室；2、冷却基座；21、晶圆定位区；22、安装座定位区；23、片托避让凹槽；24、液冷腔；25、通气孔；26、第一通气槽；27、第二通气槽；3、安装座；31、片托；4、升降驱动件；41、波纹管；42、导向套；5、气冷组件；51、气体缓冲腔；52、进气管；53、第一截止阀；54、压力计；55、第二截止阀；6、密封件；7、排气组件；71、排气管；72、真空截止阀；10、晶圆。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1至图2示出了本发明晶圆冷却装置的一种实施例，本实施例的晶圆冷却装置，包括密封腔室1、设于密封腔室1下部的冷却基座2、设于密封腔室1上部的安装座3、以及与安装座3相连的升降驱动件4，安装座3上设有片托31，冷却基座2上设有晶圆定位区21、安装座定位区22、片托避让凹槽23、液冷腔24、用于向晶圆定位区21输送冷却气体的气冷组件5、以及用于排出气体的排气组件7，安装座定位区22位于晶圆定位区21的外周、且安装座定位区22的高度大于晶圆定位区21的高度，液冷腔24位于晶圆定位区21下方，安装座3上设有密封件6。其中，密封件6例如可以是常用的密封圈、密封胶条等；当然在其他实施例中，也可将密封将6设于安装座定位区22，或者安装座3、安装座定位区22上均设置密封件6，当安装座3与安装座定位区22贴紧时，可形成两级密封，进一步提高密封性。
该晶圆冷却装置，在冷却基座2上方设置有安装座3，安装座3可以利用升降驱动件4实现升降，冷却基座2上设有晶圆定位区21、安装座定位区22、片托避让凹槽23和液冷腔24，晶圆定位区21高度较安装座定位区22低，晶圆10完成工艺后需要进行冷却时，安装座3带动片托31及其上的晶圆10下降，片托31进入片托避让凹槽23内，晶圆10落于晶圆定位区21并与片托31分离，安装座3则贴紧于安装座定位区22，并通过密封件6在安装座3与冷却基座2之间形成相对独立的冷却腔，气冷组件5往晶圆定位区21输送冷却气体，填补晶圆10与晶圆定位区21之间的间隙，从而增大两者之间的热传导，晶圆10的冷却速度更快，冷却效果更好；且安装座3与冷却基座2之间形成的相对独立的冷却腔体积非常小，因此冷却气体使用量少，有助于节约使用成本，且充气、排气速度快、时间短，有助于提高设备产能；晶圆10冷却完成之后，安装座3带动片托31上升，片托31将晶圆10从晶圆定位区21托起上升至设定高度。
作为优选的技术方案，本实施例中，安装座定位区22的高度比晶圆定位区21的高度大3mm至5mm。该高差可以保证冷却时晶圆10与安装座3之间具有合适的距离，避免将晶圆10过度夹紧，又防止上述独立的冷却腔体积无谓的增加，影响充气、排气速度。
进一步地，本实施例中，气冷组件5包括设于液冷腔24内的气体缓冲腔51及与气体缓冲腔51相连的进气管52，晶圆定位区21设有多个与气体缓冲腔51相连的通气孔25。工作时，气源的冷却气体经过进气管52进入气体缓冲腔51，进行缓冲之后经过通气孔25扩散至晶圆10背面与晶圆定位区21之间的间隙；气体缓冲腔51有利于防止冷却气体对晶圆10产生冲击，同时气体缓冲腔51集成在液冷腔24内，结构更合理、紧凑，同时液冷腔24也可以保证气体缓冲腔51始终处于低温状态。
更进一步地，本实施例中，气体缓冲腔51与晶圆定位区21同心布置、且气体缓冲腔51的半径小于晶圆定位区21的半径，晶圆定位区21设有多圈同心布置的第一通气槽26以及多条沿第一通气槽26径向布置的第二通气槽27，多个通气孔25沿其中一圈第一通气槽26的圆周方向均匀布置。由于液冷腔24的面积要小于晶圆定位区21的面积，而气体缓冲腔51的面积也不可能超过液冷腔24的面积，设置多圈同心布置的第一通气槽26以及多条沿第一通气槽26径向布置的第二通气槽27，有利于将晶圆定位区21整体连通，冷却气体经过通气孔25后借助第一通气槽26、第二通气槽27均匀扩散至整个晶圆定位区21，热传导效果更均衡，同时各通气槽能够增加晶圆10与晶圆定位区21之间的摩擦力，防止晶圆10滑动。
更进一步地，本实施例中，进气管52上依次设有第一截止阀53、压力计54和第二截止阀55，第一截止阀53位于气体缓冲腔51与压力计54之间。晶圆10冷却时，打开第二截止阀55并保持第一截止阀53处于关闭状态，从气源输送气体至第一截止阀53和第二截止阀55之间的管道，气源输入压力优选0.1-0.15MPa。当压力计54的压力上升至设定值时，将第二截止阀55关闭，打开第一截止阀53，将第一截止阀53和第二截止阀55之间管道内的气体扩散至气体缓冲腔51。作为优选的技术方案，当压力计54的压力为2000Pa至3000Pa时，第二截止阀55关闭且第一截止阀53打开以向气体缓冲腔51输入冷却气体，在提高晶圆10与冷却基座2之间的热传导效率之外，避免吹动晶圆10。其中压力计54例如可以是电子压力表、压力开关或压力控制阀等，能够控制冷却气体输送即可。
作为优选的技术方案，本实施例中，排气组件7包括排气管71及设于排气管71上的真空截止阀72，排气管71与抽真空系统相连。当没有晶圆10需要进行冷却时，安装座3位于较高的位置保持与冷却基座2分离，真空截止阀72打开，第一截止阀53打开，第二截止阀55关闭，通过抽真空系统将上述的独立的冷却腔及进气管52抽至低真空状态，直至压力计54的压力下降至设定值，形成从密封腔室1外大气、冷却基座2低真空、密封腔室1内高真空的梯度真空效果，可有效降低密封腔室1内真空的漏率。晶圆10需要冷却时，真空截止阀72关闭，第一截止阀53关闭。
作为优选的技术方案，本实施例中，排气管71与片托避让凹槽23的底部连通，结构紧凑、合理，易于加工、组装。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种晶圆冷却装置，其特征在于：包括密封腔室(1)、设于密封腔室(1)下部的冷却基座(2)、设于密封腔室(1)上部的安装座(3)、以及与安装座(3)相连的升降驱动件(4)，所述安装座(3)上设有片托(31)，所述冷却基座(2)上设有晶圆定位区(21)、安装座定位区(22)、片托避让凹槽(23)、液冷腔(24)、用于向晶圆定位区(21)输送冷却气体的气冷组件(5)、以及用于排出气体的排气组件(7)，所述安装座定位区(22)位于所述晶圆定位区(21)的外周、且安装座定位区(22)的高度大于晶圆定位区(21)的高度，所述液冷腔(24)位于所述晶圆定位区(21)下方，所述安装座(3)和/或所述安装座定位区(22)设有密封件(6)。
2.根据权利要求1所述的晶圆冷却装置，其特征在于：所述安装座定位区(22)的高度比晶圆定位区(21)的高度大3mm至5mm。
3.根据权利要求1或2所述的晶圆冷却装置，其特征在于：所述气冷组件(5)包括设于液冷腔(24)内的气体缓冲腔(51)及与气体缓冲腔(51)相连的进气管(52)，所述晶圆定位区(21)设有多个与所述气体缓冲腔(51)相连的通气孔(25)。
4.根据权利要求2所述的晶圆冷却装置，其特征在于：所述气体缓冲腔(51)与所述晶圆定位区(21)同心布置、且气体缓冲腔(51)的半径小于晶圆定位区(21)的半径，所述晶圆定位区(21)设有多圈同心布置的第一通气槽(26)以及多条沿第一通气槽(26)径向布置的第二通气槽(27)，多个所述通气孔(25)沿其中一圈所述第一通气槽(26)的圆周方向均匀布置。
5.根据权利要求2所述的晶圆冷却装置，其特征在于：所述进气管(52)上依次设有第一截止阀(53)、压力计(54)和第二截止阀(55)，所述第一截止阀(53)位于所述气体缓冲腔(51)与所述压力计(54)之间。
6.根据权利要求5所述的晶圆冷却装置，其特征在于：当压力计(54)的压力为2000Pa至3000Pa时，第二截止阀(55)关闭且第一截止阀(53)打开以向所述气体缓冲腔(51)输入冷却气体。
7.根据权利要求1或2所述的晶圆冷却装置，其特征在于：所述排气组件(7)包括排气管(71)及设于排气管(71)上的真空截止阀(72)，所述排气管(71)与抽真空系统相连。
8.根据权利要求7所述的晶圆冷却装置，其特征在于：所述排气管(71)与所述片托避让凹槽(23)的底部连通。
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