CN111834247A - 冷却装置和半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却装置和半导体处理设备。所述冷却装置包括吹扫组件，所述吹扫组件包括进气主管路、与所述进气主管路并联连接的若干个进气支管路以及分别与各所述进气支管路连接的若干个吹扫件，各所述吹扫件排列形成第一非完整环形结构。本发明的冷却装置，可以确保冷却气体从不同方向吹向晶圆表面，从而可以快速冷却晶圆，并且，还能够有效保证晶圆各部位冷却速率一致，防止由于冷却不均匀造成的变形、裂痕以及碎片等缺陷，提高晶圆的加工制作良率。

Description

冷却装置和半导体处理设备

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种冷却装置和一种半导体处理设备。

背景技术

立式炉热处理设备作为半导体制造工艺制程中的前道工艺处理设备，主要进行氧化薄膜、退火、低压化学气相沉积等热处理工艺，其特点是产量大、工艺时间长。一台设备一批次可以处理上百片晶圆，由于温度高、工艺步骤多等要求，每次工艺的时间较长，处于提高产能的目的，降低每批次的工艺时间成为目前立式炉设备的迫切要求。

目前立式炉设备主要的工艺步骤包括传输晶圆、装载晶圆、工艺腔室升温至工艺温度、工艺处理、工艺腔室降温、晶圆冷却、卸载晶圆等步骤。主要的时间集中在工艺腔室升降温、工艺处理和晶圆冷却几个步骤上。工艺处理时间由工艺需求确定，不可变更。现有技术工艺腔室的升降温时间已经极大压缩，进一步降低空间非常小。因此降低晶圆冷却时间对提升产能影响较大。

当晶圆由工艺腔室出来时，其温度高达650-750℃，如果强行冷却处理不当，可造成晶圆颗粒污染、变形、裂痕甚至碎片等问题。因此晶圆冷却装置需要冷却均匀、高洁净、快速冷却等特点。

因此，如何设计一种能够均匀冷却晶圆的冷却装置成为本领域亟需解决的技术问题。

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和一种半导体处理设备。

为了实现上述目的，本发明的第一方面，提供了一种冷却装置，所述冷却装置包括吹扫组件，所述吹扫组件包括进气主管路、与所述进气主管路并联连接的若干个进气支管路以及分别与各所述进气支管路连接的若干个吹扫件，各所述吹扫件排列形成第一非完整环形结构。

可选地，所述吹扫组件还包括若干个第一调节阀，每个所述进气支管路上均串接有一个所述第一调节阀，用以调节该进气支管路的进气量。

可选地，所述吹扫件包括一个吹扫管路，所述吹扫管路上设置有至少两组吹扫孔，每组均包括若干个吹扫孔，并且，每组所包括的吹扫孔尺寸和/或数量不同于其他组。

可选地，所述吹扫件包括至少两个并列设置的吹扫管路，每个所述吹扫管路上均设置有若干个吹扫孔，并且，每个所述吹扫管路上的吹扫孔尺寸和/或数量均不同于其他吹扫管路。

可选地，所述吹扫孔沿对应的所述吹扫管路的轴线方向等间距设置。

可选地，在垂直于所述第一非完整环形结构所在平面的方向上，位于顶部的吹扫孔的尺寸和数量分别小于位于底部的吹扫孔的尺寸和数量。

可选地，所述进气主管路与各所述进气支管路、各所述吹扫件一体成型。

可选地，所述冷却装置还包括排气组件，所述排气组件包括排气主管路、与所述排气主管路并联连接的若干个排气支管路以及与各所述排气支管路连接的匀流件，所述匀流件上设置有若干个匀流孔，各所述匀流孔排列形成第二非完整环形结构。

可选地，所述第一非完整环形结构与所述第二非完整环形结构共同构成完整环形结构。

可选地，所述匀流件内设置有若干个隔离件，所述若干个隔离件将所述匀流件内部隔离形成若干个排气通道，每个排气通道与对应的所述排气支管路连通。

可选地，所述排气组件还包括若干个第二调节阀，每个所述排气支管路上均串接有一个所述第二调节阀，用以调节该排支管路的排气量。

可选地，所述排气主管路的排气端口处形成负压。

本发明的第二方面，提供了一种半导体处理设备，包括前文记载的所述的冷却装置。

可选地，所述半导体处理设备还包括工艺腔室、与所述工艺腔室连接的微环境、设置在所述微环境内并可升降地承载件，所述承载件用于承载晶圆；所述吹扫组件设置在所述微环境内，并与所述承载件上的晶圆相对应，并且，

在所述冷却装置包括排气组件时，所述排气组件设置在所述微环境内，与所述吹扫组件相对设置。

本发明的冷却装置和半导体处理设备，其包括吹扫组件，所述吹扫组件包括进气主管路、与所述进气主管路并联连接的若干个进气支管路以及分别与各所述进气支管路连接的若干个吹扫件，各所述吹扫件排列形成第一非完整环形结构。本发明的冷却装置，可以确保冷却气体从不同方向吹向晶圆表面，从而可以快速冷却晶圆，并且，还能够有效保证晶圆各部位冷却速率一致，防止由于冷却不均匀造成的变形、裂痕以及碎片等缺陷，提高晶圆的加工制作良率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明第一实施例中冷却装置的结构示意图；

图2为本发明第二实施例中冷却装置中的吹扫件的结构示意图；

图3为本发明第三实施例中冷却装置中的吹扫件的结构示意图；

图4为本发明第四实施例中冷却装置的结构示意图；

图5为本发明第五实施例中冷却装置中的排气组件的结构示意图；

图6为本发明第六实施例中半导体处理设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，一种冷却装置100，该冷却装置100包括吹扫组件110，该吹扫组件110包括进气主管路111、与进气主管路111并联连接的若干个进气支管路112以及分别与各进气支管路112连接的若干个吹扫件113，各吹扫件113排列形成第一非完整环形结构。

具体地，如图1所示，冷却装置100包括八个进气支管路(112_1、112_2、112_3、112_4、112_5、112_6、112_7、112_8)，相应的，冷却装置100包括八个吹扫件(113_1、113_2、113_3、113_4、113_5、113_6、113_7、113_8)。进气支管路112_1分别与吹扫件113_1和进气主管路111连接，进气支管路112_2分别与吹扫件113_2和进气主管路111连接，以此类推。当然，本领域技术人员可以设置更多数量或更少数量的进气支管路112和吹扫件113，具体根据实际需要确定。

在利用图1所示的冷却装置100对晶圆进行吹扫降温冷却工艺时，可以将晶圆(在图1中并未示出，可以参考图4)放置到第一非完整环形结构内，并向进气主管路111内提供冷却气体(该冷却气体，例如可以是氮气等)，冷却气体经由各进气支管路(112_1、112_2、112_3、112_4、112_5、112_6、112_7、112_8)进入到对应的吹扫件(113_1、113_2、113_3、113_4、113_5、113_6、113_7、113_8)，最终冷却气体经由各吹扫件(113_1、113_2、113_3、113_4、113_5、113_6、113_7、113_8)可以从不同方向吹向晶圆表面，从而可以快速冷却晶圆，并且，还能够有效保证晶圆各部位冷却速率一致，防止由于冷却不均匀造成的变形、裂痕以及碎片等缺陷，提高晶圆的加工制作良率。

如图1所示，吹扫组件110还包括若干个第一调节阀114，具体地，如图1所示，该吹扫组件100可以包括八个第一调节阀(114_1、114_2、114_3、114_4、114_5、114_6、114_7、114_8)，进气支管路112_1上串接有第一调节阀114_1，进气支管路112_2上串接有第二调节阀114_2，以此类推。

本实施例结构的冷却装置，可以借助所设置的第一调节阀，调整各进气支管路内的进气量，从而可以保证由各吹扫件吹扫出的冷却气体流量一致，可以确保不同方向的均匀气流同时吹向晶圆表面，进而可以保证晶圆各部位冷却速率一致，防止由于冷却不均造成的变形、裂痕及碎片等缺陷。

需要说明的是，对于第一调节阀的具体结构并没有作出限定，例如，该第一调节阀可以采用气动阀等结构。

如图1和图2所示，吹扫件包括一个吹扫管路113a，吹扫管路113a可以设置成一段两端封闭的弧形管或直管，弧形管或直管的中部设有进气口与相对应的进气支管路连通；该吹扫管路113a上设置有两组吹扫孔(113a1、113a2)，第一组吹扫孔113a1包括若干个吹扫孔(如图2所示，仅仅示意了包括六个吹扫孔)，第二组吹扫孔113a2包括若干个吹扫孔(如图2所示，仅仅示意了包括七个吹扫孔)，两组吹扫孔(113a1、113a2)除了所包括的吹扫孔数量不同以外，其吹扫孔尺寸也不相同。具体地，如图2所示，第一组吹扫孔113a1所包括的吹扫孔的尺寸要小于第二组吹扫孔113a2所包括的吹扫孔尺寸。

这样，当晶圆从工艺腔室出来后，此时晶圆的温度较高，可以先控制该高温晶圆首先经过第一组吹扫孔113a1，由于第一组吹扫孔113a1的各吹扫孔吹出的冷却气体流量较小(相对于第二组吹扫孔113a2而言)，可以对晶圆进行初步冷却，这样不会造成晶圆因为冷却过快产生缺陷，经过初步冷却以后，晶圆可以到达第二组吹扫孔113a2所在的位置，第二组吹扫孔113a2中的各吹扫孔吹出的气体流量大，可以迅速对晶圆进行冷却，因此，借助该结构，可以实现对晶圆的两步冷却，实现对晶圆快速冷却并防止由于一步冷却过大导致晶圆产生缺陷，提高晶圆的加工制作良率。

需要说明的是，除了可以如图2所示，设计两组吹扫孔以外，本领域技术人员还可以根据实际需要，设计更多组数量的吹扫孔，从而可以实现多步冷却，进一步提高晶圆的加工制作良率。

如图2所示，为了提高晶圆冷却均匀性，每一组吹扫孔沿吹扫管路的轴线方向(弧形管或直管的轴线方向)等间距设置。

吹扫件除了可以采用图2所示的结构以外，还可以采用图3所示的结构，具体地，如图3所示，吹扫件包括两个并列设置的吹扫管路113a，每个吹扫管路113上均设置有若干个吹扫孔，每个吹扫管路113a上的若干个吹扫孔沿吹扫管路的轴线方向等间距设置，并且，位于上方的吹扫管路113a所包括的吹扫孔113a3的数量和尺寸小于位于下方的吹扫管路113a所包括的吹扫孔113a4数量和尺寸，该种结构的吹扫件同样可以实现如图2所示的吹扫件的优点。

为了降低冷却装置100的制作成本，如图1所示，整个吹扫组件110可以一体成型，也即吹扫组件110由管路加工成型，内部没有复杂的均流板等结构的设计，加工成本低，同时，整个吹扫组件110加工完成后统一进行内部的表面电镀处理以保证清洁度，由于内部管壁光滑，表面处理时不会出现死角，可以有效防止颗粒残留在内部，提高清洁良率。

当冷却气体吹扫冷却晶圆后，后续如果不进行相应的导向，会导致该冷却气体紊乱，造成远离晶圆吹扫件的晶圆部位冷却不均，产生缺陷。为此，如图4和图5所示，冷却装置100还包括排气组件120，排气组件120包括排气主管路121、与排气主管路121并联连接的若干个排气支管路122以及与各排气支管路122连接的匀流件123，匀流件123上设置有若干个匀流孔，各匀流孔排列形成第二非完整环形结构。优选地，该第二非完整环形结构与第一非完整环形结构共同构成完整环形结构。

具体地，如图4和图5所示，排气组件120包括三个排气支管路(122_1、122_2和122_3)，对晶圆进行吹扫降温冷却工艺时，可以将晶圆300放置到第一非完整环形结构和第二非完整环形结构内，并向进气主管路111内提供冷却气体(该冷却气体，例如可以是氮气等)，冷却气体经由各进气支管路112进入到对应的吹扫件113，最终冷却气体经由各吹扫件113可以从不同方向吹向晶圆表面，当冷却气体吹扫晶圆后，通过所设置的排气组件120，可以对该部分冷却气体进行导向，从而可以使得冷却气体均匀的流向晶圆各个表面，确保晶圆各部分冷却速率一致，冷却均匀。

如图5所示，在匀流件123内设置有两个隔离件(124_1、124_2)，该两个隔离件(124_1、124_2)将匀流件123内部隔离形成三个排气通道，每个排气通道与对应的排气支管路122连通。

如图5所示，排气组件120还包括三个第二调节阀(125_1、125_2、125_3)，排气支管路122_1上串接有第二调节阀125_1，排气支管路122_2上串接有第二调节阀125_2，以此类推。通过所设置的第二调节阀，可以调节排支管路的排气量。

需要说明的是，对于第二调节阀的具体结构并没有作出具体限定，优选地，该第二调节阀可以采用风门的结构，风门是一种手动调节机构，其结构为在管内有一个可以在0°～90°范围内旋转的挡板，通过调节挡板的旋转角度，可以调节排气组件内部对应区域的压力，这样，通过调节几个风门内的挡板处于不同的角度，可以实现排气组件内各区域的压力一致。冷却气体吹过晶圆300后，靠近晶圆300的匀流件123由于与吹扫件113相对于晶圆的中心对称分布，在排气组件120内均匀的气压下，冷却气体可均匀的通过匀流件123进入到排气组件内，从而可以保证远离吹扫件113的晶圆部位冷却均匀。

为了使得冷却气体能够有效排出，排气主管路121的排气端口处形成负压，这样，可以保证冷却气体由排气组件120排出。

如图6所示，一种半导体处理设备200，包括前文记载的冷却装置100，冷却装置100的具体结构可以参考前文相关记载，在此不作赘述。

本实施例结构的半导体处理设备200，具有前文记载的冷却装置100，其通过所设置的冷却装置100，可以从不同方向吹向晶圆表面，从而可以快速冷却晶圆，并且，还能够有效保证晶圆各部位冷却速率一致，防止由于冷却不均匀造成的变形、裂痕以及碎片等缺陷，提高晶圆的加工制作良率。

如图6所示，半导体处理设备200还包括工艺腔室210、与工艺腔室210连接的微环境220、设置在微环境220内并可升降地承载件230，承载件230用于承载晶圆，该承载件230可以被升降驱动机构240驱动，实现在微环境220内升降。吹扫组件110和排气组件120均设置在微环境220内，并与承载件230上的晶圆相对应，并且，排气组件120与吹扫组件110相对设置。

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 (14)

1.一种冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括吹扫组件，所述吹扫组件包括进气主管路、与所述进气主管路并联连接的若干个进气支管路以及分别与各所述进气支管路连接的若干个吹扫件，各所述吹扫件排列形成第一非完整环形结构。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述吹扫组件还包括若干个第一调节阀，每个所述进气支管路上均串接有一个所述第一调节阀，用以调节该进气支管路的进气量。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述吹扫件包括一个吹扫管路，所述吹扫管路上设置有至少两组吹扫孔，每组均包括若干个吹扫孔，并且，每组所包括的吹扫孔尺寸和/或数量不同于其他组。

4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述吹扫件包括至少两个并列设置的吹扫管路，每个所述吹扫管路上均设置有若干个吹扫孔，并且，每个所述吹扫管路上的吹扫孔尺寸和/或数量均不同于其他吹扫管路。

5.根据权利要求3或4所述的冷却装置，其特征在于，所述吹扫孔沿对应的所述吹扫管路的轴线方向等间距设置。

6.根据权利要求3或4所述的冷却装置，其特征在于，在垂直于所述第一非完整环形结构所在平面的方向上，位于顶部的吹扫孔的尺寸和数量分别小于位于底部的吹扫孔的尺寸和数量。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的冷却装置，其特征在于，所述进气主管路与各所述进气支管路、各所述吹扫件一体成型。

8.根据权利要求1至4中任意一项所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括排气组件，所述排气组件包括排气主管路、与所述排气主管路并联连接的若干个排气支管路以及与各所述排气支管路连接的匀流件，所述匀流件上设置有若干个匀流孔，各所述匀流孔排列形成第二非完整环形结构。

9.根据权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，所述第一非完整环形结构与所述第二非完整环形结构共同构成完整环形结构。

10.根据权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，所述匀流件内设置有若干个隔离件，所述若干个隔离件将所述匀流件内部隔离形成若干个排气通道，每个排气通道与对应的所述排气支管路连通。

11.根据权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，所述排气组件还包括若干个第二调节阀，每个所述排气支管路上均串接有一个所述第二调节阀，用以调节该排支管路的排气量。

12.根据权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，所述排气主管路的排气端口处形成负压。

13.一种半导体处理设备，其特征在于，包括权利要求1至12中任意一项所述的冷却装置。

14.根据权利要求13所述的半导体处理设备，其特征在于，所述半导体处理设备还包括工艺腔室、与所述工艺腔室连接的微环境、设置在所述微环境内并可升降地承载件，所述承载件用于承载晶圆；所述吹扫组件设置在所述微环境内，并与所述承载件上的晶圆相对应，并且，

在所述冷却装置包括排气组件时，所述排气组件设置在所述微环境内，与所述吹扫组件相对设置。

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