CN112509954A - 半导体工艺设备及其承载装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种半导体工艺设备及其承载装置。该承载装置设置于半导体工艺设备的工艺腔室内，用于承载待加工件，其包括：卡盘、冷却盘及冷却组件；卡盘设置于冷却盘上，用于承载并固定待加工件；冷却盘内设置有冷却流道，用于通入冷却介质以通过卡盘对待加工件进行冷却；冷却盘底部具有冷却空间；冷却组件设置于冷却空间内，冷却组件用于向冷却盘底部通入冷却气体，以通过冷却盘及卡盘对待加工件进行冷却。本申请实施例通过冷却组件对冷却盘进行冷却降温，以大幅提高承载于卡盘上待加工件的冷却降温速度，从而大幅提高工艺速率以提高产能。

Description

半导体工艺设备及其承载装置
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体工艺设备及其承载装置。
背景技术
目前，物理气相沉积技术制备铜被广泛应用于半导体制备领域。可以作为测试电性连结和封装的引线端，以实现金属互联并且为芯片中各器件提供电子信号、微连线等作用。随着工艺制程的不断提高，这一需求对承载装置的冷却能力的要求也越来越高。
现有技术中在进行等离子刻蚀及物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)工艺时，工艺中产生等离子体携带很高的能量，轰击到晶圆上造成热量累计，热量从晶圆传给承载装置，承载装置内设置的冷却水道中的水将热量带走，加快对晶圆进行降温，从而实现对晶圆温度进行控制。但是现有技术方案下，由于等离子体携带的热量在晶圆上累积，仅仅依靠承载装置自身的冷却水道降温速度较慢，导致工艺速率及良率较低。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体工艺设备及其承载装置，用以解决现有技术存在由于承载装置降温速度较低而导致的晶圆工艺速率及良率较低的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种承载装置，设置于半导体工艺设备的工艺腔室内，用于承载待加工件，包括：卡盘、冷却盘及冷却组件；所述卡盘设置于所述冷却盘上，用于承载并固定所述待加工件；所述冷却盘内设置有冷却流道，用于通入冷却介质以通过所述卡盘对所述待加工件进行冷却；所述冷却盘底部具有冷却空间；所述冷却组件设置于所述冷却空间内，所述冷却组件用于向所述冷却盘底部通入冷却气体，以通过所述冷却盘及所述卡盘对所述待加工件进行冷却。
于本申请的一实施例中，所述冷却组件包括匀流板及气道板，所述气道板的顶面开设有凹槽，所述匀流板的底面与所述凹槽配合以构成气流道；所述匀流板的厚度方向上贯穿有多个与所述气流道连通的通气口。
于本申请的一实施例中，所述气流道包括第一气流道及第二气流道，所述第一气流道对应所述卡盘的中部区域设置，所述第二气流道环绕所述第一气流道设置，并且对应所述卡盘的边缘区域设置。
于本申请的一实施例中，所述通气口包括第一通孔及第二通孔，多个所述第一通孔位于所述第一气流道的投影范围内，多个所述第二通孔位于所述第二气流道的投影范围内。
于本申请的一实施例中，多个所述第一通孔及多个所述第二通孔均匀排布，并且所述第一通孔及所述第二通孔为圆形孔或异形孔。
于本申请的一实施例中，所述冷却空间内还设置有散热板，所述散热板贴合设置于所述冷却盘的朝向所述冷却组件的一侧上。
于本申请的一实施例中，所述冷却组件与所述散热板在所述冷却盘的轴向上间隔设置。
于本申请的一实施例中，所述散热板包括铝材质或铜材质制成的散热板。
于本申请的一实施例中，所述承载装置还包括底座，所述冷却盘的底面上设置有套筒，所述套筒套设于所述底座的顶部，所述套筒与所述底座配合以形成所述冷却空间，所述底座还用于承载所述冷却组件；所述冷却组件还包括支撑结构，所述支撑结构连接所述底座和所述气道板。
第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括工艺腔室及如第一个方面提供的承载装置，所述承载装置设置于所述工艺腔室内。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请实施例通过在冷却盘内设置冷却流道对卡盘承载的待加工件进行冷却降温，并且在冷却盘的底部设置有冷却组件对冷却盘进行冷却降温，由于冷却盘直接与卡盘接触，以大幅提高卡盘的冷却降温速度，能够实现对待加工件的快速降温，从而不仅能够大幅提高工艺速率以提高产能，而且还能大幅提高工艺良率以提高经济效益。此外，可以先采用冷却组件对高温的待加工件进行冷却，然后再通过冷却流道对待加工件进行冷却，从而避免了由于冷却流道温度较低导致待加工件破碎的情况发生，从而大幅提高工艺良率以及提高整体冷却速率。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种承载装置的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种承载装置，设置于半导体工艺设备的工艺腔室内，用于承载待加工件，该承载装置的结构示意图如图1所示，包括：卡盘1、冷却盘2及冷却组件3；卡盘1设置于冷却盘2上，用于承载并固定待加工件（图中未示出）；冷却盘2内设置有冷却流道21，用于通入冷却介质以通过卡盘1对待加工件进行冷却；冷却盘2底部具有冷却空间22；冷却组件3设置于冷却空间22内，冷却组件3用于向冷却盘2底部通入冷却气体，以通过冷却盘2及卡盘1对待加工件进行冷却。
如图1所示，卡盘1具体可以采用静电卡盘1，卡盘1具体通过粘接方式设置于冷却盘2的顶面上，用于承载并固定待加工件，该待加工件具体为晶圆，但是本申请实施例并不限定卡盘1及待加工件的具体类型。冷却盘2例如采用铝材质制成的盘状结构，冷却盘2内部可以开设有冷却流道21，该冷却流道21具体可以与一冷却源连接，以通入冷却介质对卡盘1进行冷却降温，进而实现对待加工件进行冷却降温。冷却介质具体可以采用冷却液体或冷却气体，本申请实施例对此并不进行限定。冷却盘2底部具有冷却空间22，以隔绝与工艺腔室的真空环境，冷却组件3设置于该冷却空间22内。冷却空间22可以与冷却盘2的外侧连通，以便于将冷却空间22内的冷却气体导出。冷却组件3与一冷却气源（图中未示出）连通，用于将冷却气体吹向冷却盘2底部，以通过冷却盘2及卡盘1对待加工件进行冷却。该冷却气源例如是氩气或氮气等惰性气源，或者也可以是干燥空气源，但是本申请实施例并不以此为限。在实际应用时，可以先采用冷却组件3对高温的待加工件进行冷却，然后再通过冷却流道21及冷却介质通过卡盘1对待加工件进行冷却，可以避免了由于冷却流道21温度较低导致待加工件破碎的情况发生，从而大幅提高工艺良率以及提高整体冷却速率。
本申请实施例通过在冷却盘内设置冷却流道对卡盘承载的待加工件进行冷却降温，并且在冷却盘的底部设置有冷却组件对冷却盘进行冷却降温，由于冷却盘直接与卡盘接触，以大幅提高卡盘的冷却降温速度，能够实现对待加工件的快速降温，从而不仅能够大幅提高工艺速率以提高产能，而且还能大幅提高工艺良率以提高经济效益。此外，可以先采用冷却组件对高温的待加工件进行冷却，然后再通过冷却流道对待加工件进行冷却，从而避免了由于冷却流道温度较低导致待加工件破碎的情况发生，从而大幅提高工艺良率以及提高整体冷却速率。
需要说明的是，本申请实施例并不限定冷却盘2的具体实施方式，例如冷却盘2也可以采用铜或者其它导热性能较佳的材质制成的其它形状。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，冷却组件3包括叠置的匀流板33及气道板34，气道板34的顶面开设有凹槽，匀流板33设置于气道板34上，匀流板33的底面与凹槽配合以构成气流道31；匀流板33的厚度方向上贯穿有多个与气流道31连能的通气口32。具体来说，匀流板33及气道板34均为采用金属材质制成的板状结构，并且两者采用钎焊方式层叠设置。其中，匀流板33的厚度方向上贯穿有多个通气口32，而气道板34的顶面上开设有凹槽，匀流板33盖合于气道板34上方，以使得匀流板33底面与凹槽合围成气流道31，多个通气口32均与气流道31连通设置。采用上述设计，使得本申请实施例不仅结构简单易用，而且还能大幅降低应用及维护成本。需要说明的是，本申请实施例并不限定匀流板33及气道板34的具体实施方式，例如两者可以采用一体成形的方式制成；另外本申请实施并不限定匀流板33及气道板34的具体材质，例如其也可以采用导热性能较佳的非金属材质制成。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，气流道31包括第一气流道311及第二气流道312，第一气流道311对应卡盘1的中部区域设置，第二气流道312环绕第一气流道311设置，并且对应卡盘1的边缘区域设置。具体来说，气道板34的顶面上可以开设有圆形凹槽以形成第一气流道311，并且在圆形凹槽的外周开设有环形凹槽以形成第二气流道312。第一气流道311对应于卡盘1的中部区域设置，以用于对待加工件的中部区域进行冷却降温，而第二气流道312则对应于卡盘1的边缘区域，以用于对待加工件的边缘区域进行冷却降温。采用上述设计，由于第一气流道311及第二气流道312分别对应于卡盘1的不同区域，能够对待加工件的不同区域分别进行冷却降温，从而大幅提高待加工件整体温度均匀性，进而大幅提高了本申请实施例的工艺良率。可选地，第一气流道311与第二气流道312连通设置，并且任意一气流道可以通过一进气管路与冷却气源（图中均未示出）连通设置；或者，第一气流道311与第二气流道312分别设置，并且分别通过两个进气管路与冷却气源连通设置。
需要说明的是，本申请实施例并不限定气流道31的排布方式，例如多个气流道采用内外嵌套的排布方式。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，通气口32包括第一通孔321及第二通孔322，多个第一通孔321位于第一气流道311的投影范围内，多个第二通孔322位于第二气流道312的投影范围内。可选地，多个第一通孔321及多个第二通孔322均匀排布，并且第一通孔321及第二通孔322为圆形孔或异形孔。具体来说，多个第一通孔321均匀排布于第一气流道311的投影范围内，即圆形凹槽对应的范围内，并且多个第一通孔321可以是圆形孔及异形孔的组合或者任意一种；多个第二通孔322均匀排布于第二气流道312的投影范围内，即环形凹槽的投影范围内，并且多个第二通孔322可以是圆形孔及异形孔的组合或者任意一种。采用上述设计，由于第一气流道311及第二气流道312分别对应不同的通孔，使得本申请实施例便于灵活控制，从而大幅适用性及适用范围。
需要说明的是，本申请实施例并不限定通气口32的具体实施方式，例如通气口32包括多个通孔，多个通孔采用均匀或非均匀的方式排布于匀流板33上。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，冷却空间22内还设置有散热板23，散热板23贴合设置于冷却盘2的朝向冷却组件3的一侧上。可选地，散热板23包括铝材质或铜材质制成的散热板23。具体来说，散热板23可以采用铝材质或铜材质制成的圆形板状结构，散热板23具体设置于冷却空间22内，并且散热板23的顶面可以与冷却盘2的底面贴合设置，即散热板23贴合设置于冷却盘2的朝向冷却组件3的一侧上。由于散热板23采用导热性能较佳的金属材质制成，冷却组件3通过对散热板23进行吹气，从而进一步提高冷却降温速度，进而进一步提高待加工件的工艺速率及良率。进一步的，散热板23例如采用钎焊方式与冷却盘2连接，从而进一步提高散热板的散热能力。
需要说明的是，本申请实施例并不限散热板23的具体实施方式，例如散热板23具体采用其它导热性能较佳的材质制成的其它形状，只要其能与冷却空间22截面形状对应设置即可；此外散热板23还可以通过螺栓连接、卡接或者粘接待连接方式与冷却盘连接。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，冷却组件3与散热板23在冷却盘2的轴向上间隔设置。具体来说，冷却组件3设置于冷却空间22的底部，并且冷却组件3的顶面与散热板23的底面之间具有一预设间距，即冷却组件3与散热板23在冷却盘2的轴向上间隔设置，由于两者之间具有预设间距，当气体吹向散热板23后产生对流，以便于增加冷却空间22内气体流动速度，从而大幅提高本申请实施例的冷却降温效果。需要说明的是，本申请实施例并不限定该预设间距的具体数值，本领域技术人员可以根据实际情况自行调节设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，承载装置还包括底座4，冷却盘2的底面上设置有套筒24，套筒24套设于底座4的顶部，套筒24与底座4配合以形成冷却空间22；冷却组件3还包括支撑结构35，支撑结构35连接底座4和气道板34。
如图1所示，冷却盘2的底面边缘处一体形成有圆柱形的套筒24，套筒24可以套设于底座4顶部，并且与底座4连接以形成冷却空间22，冷却盘2可以通过底座4设置于半导体设备的工艺腔室（图中未示出）内。底座4具体包括支撑管及设置于支撑管顶部的环形承载板，承载板用于与套筒24配合以形成冷却空间22，承载板与套筒24之间可以具有一定间隙，以使得冷却空间22能与冷却2的外侧连通，并且冷却组件3可以设置于承载板上，从而使得本申请实施例易于拆装维护；支撑管采用中空结构可以便于设置各种管件及线缆，从而使得本申请实施例结构简单，并且还能大幅节省空间占用率。支撑结构35具体可以采用金属材质制成的环状结构，支撑结构35例如采用钎焊的方式同心设置于气道板34的底部，用于支撑气道板34及匀流板35，并且与底座4的承载板连接。采用上述设计，由于支撑结构35能减少冷却空间22内壁的接触面积，能避免冷却盘2与冷却组件2之间的热量传导，从而进一步提高本申请实施例的冷却效果，并且还使得本申请实施结构简单，从而大幅降低应用及维护成本。但是本申请实施例并不以此为限，例如支撑结构35还可以包括多个支撑柱，多个支撑柱沿气道板34的周向均匀排布，以用于支撑气道板34。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
需要说明的是，套筒24与冷却盘2之间可以采用分体式结构，并且两者可以采用螺接或卡接等方式固定。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种半导体工艺设备，包括工艺腔室及如上述各实施例提供的承载装置，承载装置设置于工艺腔室内。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
本申请实施例通过在冷却盘内设置冷却流道对卡盘承载的待加工件进行冷却降温，并且在冷却盘的底部设置有冷却组件对冷却盘进行冷却降温，由于冷却盘直接与卡盘接触，以大幅提高卡盘的冷却降温速度，能够实现对待加工件的快速降温，从而不仅能够大幅提高工艺速率以提高产能，而且还能大幅提高工艺良率以提高经济效益。此外，可以先采用冷却组件对高温的待加工件进行冷却，然后再通过冷却流道对待加工件进行冷却，从而避免了由于冷却流道温度较低导致待加工件破碎的情况发生，从而大幅提高工艺良率以及提高整体冷却速率。
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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种承载装置，设置于半导体工艺设备的工艺腔室内，用于承载待加工件，其特征在于，包括：卡盘、冷却盘及冷却组件；
所述卡盘设置于所述冷却盘上，用于承载并固定所述待加工件；所述冷却盘内设置有冷却流道，用于通入冷却介质以通过所述卡盘对所述待加工件进行冷却；所述冷却盘底部具有冷却空间；
所述冷却组件设置于所述冷却空间内，所述冷却组件用于向所述冷却盘底部通入冷却气体，以通过所述冷却盘及所述卡盘对所述待加工件进行冷却。
2.如权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述冷却组件包括匀流板及气道板，所述气道板的顶面开设有凹槽，所述匀流板设置于所述气道板上，所述匀流板的底面与所述凹槽配合以构成气流道；
所述匀流板的厚度方向上贯穿有多个与所述气流道连通的通气口。
3.如权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述气流道包括第一气流道及第二气流道，所述第一气流道对应所述卡盘的中部区域设置，所述第二气流道环绕所述第一气流道设置，并且对应所述卡盘的边缘区域设置。
4.如权利要求3所述的承载装置，其特征在于，所述通气口包括第一通孔及第二通孔，多个所述第一通孔位于所述第一气流道的投影范围内，多个所述第二通孔位于所述第二气流道的投影范围内。
5.如权利要求4所述的承载装置，其特征在于，多个所述第一通孔及多个所述第二通孔均匀排布，并且所述第一通孔及所述第二通孔为圆形孔或异形孔。
6.如权利要求1所述的承载装置，其特征在于，所述冷却空间内还设置有散热板，所述散热板贴合设置于所述冷却盘的朝向所述冷却组件的一侧上。
7.如权利要求6所述的承载装置，其特征在于，所述冷却组件与所述散热板在所述冷却盘的轴向上间隔设置。
8.如权利要求6所述的承载装置，其特征在于，所述散热板包括铝材质或铜材质制成的散热板。
9.如权利要求2所述的承载装置，其特征在于，所述承载装置还包括底座，所述冷却盘的底面上设置有套筒，所述套筒套设于所述底座的顶部，所述套筒与所述底座配合以形成所述冷却空间；
所述冷却组件还包括支撑结构，所述支撑结构连接所述底座和所述气道板。
10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括工艺腔室及如权利要求1至9的任一所述的承载装置，所述承载装置设置于所述工艺腔室内。
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