CN115440613A - 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：冷却腔体，限定出真空环境的冷却腔室，晶圆容纳在冷却腔室内，冷却腔体的底部边缘处设有充气进口和抽气管道，充气进口和抽气管道分别与冷却腔室相连通，冷却气体通过充气进口进入冷却腔室内以对晶圆上表面进行冷却，且冷却后气体通过抽气管道被抽出；冷却承载台，冷却承载台位于冷却腔室内用于承载晶圆；升降装置，升降装置连接在冷却承载台上，升降装置包括：顶升件，顶升件固定在顶升件固定座上，顶升件穿过冷却承载台的中部适于顶起冷却承载台上的晶圆；驱动件，驱动件与顶升件固定座相连以驱动顶升件固定座和顶升件上升或下降。根据本发明实施例的晶圆冷却装置，提升晶圆表面的冷却效率，降温速度加快。

Description

晶圆冷却装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种晶圆冷却装置。
背景技术
对晶圆进行等离子刻蚀时，一般会采用多种气体(例如O2、N2、CF4、NF3、BCl3、CH2F2、CHF3、COS、CO、CO2、NO、AR等)来进行反应。前述气体通过真空作用之后生成等离子体，该等离子体和晶圆表面的物质发生相应的化学反应和物理作用，该过程中会产生大量成分复杂的副产物，这些副产物中含有较强活性和刺激性气体，并且会存在于晶圆电路的相关沟槽、孔洞中，由于该气体的活性比较强，会对晶圆形貌产生额外的腐蚀，导致晶圆良率降低，增加晶圆厂家的运营成本，降低芯片的电性表现，影响晶圆制造企业的经济收益。同时，该物质存在于晶圆表面，持续挥发，暴露在周围环境中会影响整体的工作环境和操作人员的身体健康。
为了减少上述晶圆等离子刻蚀时产生的副产物，现有技术中一般采用真空内晶圆自然冷却系统的方式对晶圆进行降温冷却，但是该传统自然冷却速度慢，由于处于真空环境中，换热介质的导热性差，导致降温速度慢。
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。
为此，本发明提出一种晶圆冷却装置，所述晶圆冷却装置冷却效率高、降温速度快、减少晶圆表面副产物的产生。
根据本发明实施例的晶圆冷却装置，包括：冷却腔体，所述冷却腔体限定出真空环境的冷却腔室，所述晶圆容纳在所述冷却腔室内，所述冷却腔体的底部边缘处设有充气进口和抽气管道，所述充气进口和所述抽气管道分别与所述冷却腔室相连通，冷却气体通过所述充气进口进入冷却腔室内以对所述晶圆上表面进行冷却，且冷却后的气体通过所述抽气管道被抽出；冷却承载台，所述冷却承载台位于所述冷却腔室内用于承载所述晶圆；升降装置，所述升降装置连接在所述冷却承载台上，所述升降装置包括：顶升件，所述顶升件固定在顶升件固定座上，所述顶升件穿过所述冷却承载台的中部适于顶起所述冷却承载台上的所述晶圆；驱动件，所述驱动件与所述顶升件固定座相连以驱动所述顶升件固定座和所述顶升件上升或下降。
根据本发明实施例的晶圆冷却装置，通过向冷却腔室内通入冷却气体对晶圆上表面进行气体冷却，可以提升晶圆表面的冷却效率，降温速度加快，减少晶圆表面副产物的刺激性气体的产生，同时将冷却后的气体抽出可以将副产物中的气体一并抽出，避免对周围环境造成污染，降低对工作人员的身体健康的影响。
根据本发明的一个实施例，所述冷却承载台包括：冷却液道台，所述冷却液道台内限定有冷却液通道，所述冷却液道台上设有进液口和出液口，所述冷却液通道分别与所述进液口和所述出液口相连通；晶圆支撑台，所述晶圆支撑台盖设在所述冷却液道台的上表面，所述晶圆支撑在所述晶圆支撑台上。
根据本发明一个可选的示例，所述冷却液通道包括多个，多个所述冷却液通道沿着所述冷却液道台的径向均匀间隔开设置，且多个所述冷却液通道依次首尾相连通。
进一步地，每个所述冷却液通道沿着所述冷却液道台的周向延伸。
进一步地，所述多个冷却液通道分别形成为圆环形通道。
根据本发明另一个可选的示例，每个所述冷却液通道均形成为顶部敞开的冷却水槽。
根据本发明一个可选的实施例，所述顶升件包括多个顶针，所述冷却承载台的中部均匀分布有多个通孔，所述多个通孔和所述多个顶针一一对应布置，每个所述通孔均适于对应的所述顶针穿过。
根据本发明另一个可选的实施例，所述冷却承载台与所述晶圆随形，在所述冷却承载台的外边缘设有限位块以限制所述晶圆的径向位移。
进一步地，所述限位块包括多个，多个所述限位块沿着所述冷却承载台的外周间隔开布置。
进一步地，每个所述限位块朝向所述晶圆的一侧设有倾斜面，所述倾斜面沿着所述冷却承载台径向内侧至径向外侧的方向上向上倾斜延伸。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的晶圆冷却装置的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的晶圆冷却装置另一个视角的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的冷却液承载台和升降装置的结构示意图；
图4是根据本发明实施例的冷却液承载台和升降装置的剖视图；
图5是根据本发明实施例的冷却液道台和升降装置的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的机械手向冷却液承载台运送晶圆的第一状态图；
图7是根据本发明实施例的机械手向冷却液承载台运送晶圆的第二状态图；
图8是根据本发明实施例的晶圆放置在顶针上的示意图；
图9是根据本发明实施例的晶圆放置在冷却液承载台的示意图。
附图标记：
晶圆冷却装置100，冷却腔体10，安装转接板11，穿过孔111，腔顶盖12，腔侧盖13，把手14，观察窗15，充气进口16，抽气管道17，
冷却承载台20，晶圆支撑台21，冷却液道台22，冷却液通道221，进液口222，出液口223，限位块23，倾斜面231，
顶针31，顶升件固定座32，驱动件33，气缸固定座34，
机械手200，晶圆300。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述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元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
下面参考图1-图9描述根据本发明实施例的晶圆冷却装置100。
如图1和图2所示，根据本发明实施例的晶圆冷却装置100包括冷却腔体10、冷却承载台20和升降装置。
具体地，冷却腔体10限定出真空环境的冷却腔室，晶圆300容纳在冷却腔室内，在冷却腔体10的底部边缘处设有充气进口16和抽气管道17，充气进口16和抽气管道17分别与冷却腔室相连通，冷却气体通过充气进口16进入冷却腔室内以对晶圆300上表面进行冷却，且冷却后的气体通过抽气管道17被抽出。
可以理解的是，在现有技术中一般采用自然冷却的方式对冷却腔体内晶圆进行冷却，由于冷却腔室内为真空环境，导热介质较少，故导热效率较低，降温速度很慢。
而本发明实施例中，需要对冷却腔室内的晶圆300冷却时，通过向冷却腔室内通入冷却气体，对冷却腔室内的晶圆300进行气体冷却，利用低温气体将晶圆300表面的热量快速带走，提高了对晶圆300的冷却效率，降温速度显著提高。
另外，在冷却气体对晶圆300冷却完成后，抽气管道17可以将冷却后的气体以及晶圆300表面的副产物气体一并抽出，即利用抽气管道17在气体冷却完成后可以恢复冷却腔室内的真空环境。
进一步地，冷却承载台20位于冷却腔室内，冷却承载台20用于承载晶圆300，升降装置连接在冷却承载台20上，其中升降装置包括顶升件和驱动件33，顶升件固定在顶升件固定座32上，顶升件穿过冷却承载台20的中部适于顶起冷却承载台20上的晶圆300，这样在放置晶圆300和取出晶圆300时较为方便。驱动件33与顶升件固定座32相连以驱动顶升件固定座32和顶升件上升或下降。
根据本发明实施例的晶圆冷却装置100，通过向冷却腔室内通入冷却气体对晶圆300上表面进行气体冷却，可以提升晶圆300表面的冷却效率，降温速度加快，减少晶圆300表面副产物的刺激性气体的产生，同时将冷却后的气体抽出可以将副产物中的气体一并抽出，避免对周围环境造成污染，降低对工作人员的身体健康的影响。
根据本发明的一个实施例，冷却承载台20包括冷却液道台22和晶圆支撑台21，冷却液道台22内限定有冷却液通道221，冷却液道台22上设有进液口222和出液口223，冷却液通道221分别与进液口222和出液口223相连通。冷却液可以通过进液口222进入冷却液道台22的冷却液通道221，对晶圆支撑台21上的晶圆300进行冷却，冷却液将晶圆300表面的热量带走，加快对晶圆300的降温速度，提高冷却效率。晶圆支撑台21盖设在冷却液道台22的上表面，晶圆300支撑在晶圆支撑台21上。
可以理解的是，对于冷却腔室内的晶圆300来说，采用气体冷却和液体冷却相结合的方式，进一步增加了对晶圆300的冷却速度。具体地，采用气体冷却对晶圆300上表面进行冷却，采用液体冷却对晶圆300下表面进行冷却，这样，采用两种不同的冷却方式分别对晶圆300的上下表面进行冷却，以及采用气体冷却和液体冷却相结合的方式，充分对晶圆300进行冷却，降低了晶圆300表面副产物的挥发，减少刺激性气体的产生，避免对周围环境造成污染，降低对工作人员身体健康影响。
如图4和图5所示，根据本发明一个可选的示例，冷却液通道221包括多个，多个冷却液通道221沿着冷却液道台22的径向均匀间隔开设置，且多个冷却液通道221依次首尾相连通。这样，可以对晶圆300进行均匀冷却，冷却效率更佳。
进一步地，每个冷却液通道221沿着冷却液道台22的周向延伸。进一步地，多个冷却液通道221分别形成为圆环形通道。如图5所示，冷却液道台22与晶圆300随形，均形成为圆形。每个圆环形通道内均流通有冷却液，沿着晶圆300的周向对晶圆300进行冷却。
如图5所示，根据本发明另一个可选的示例，每个冷却液通道221均形成为顶部敞开的冷却水槽。晶圆支撑台21封盖在多个冷却水槽上方，这样，减薄了与晶圆300之间的间隔厚度，冷却效率更好。
根据本发明一个可选的实施例，顶升件包括多个顶针31，冷却承载台20的中部均匀分布有多个通孔，多个通孔和多个顶针31一一对应布置，每个通孔均适于对应的顶针31穿过。在一个具体实施例中，顶针31的数量为3根或3根以上。
根据本发明另一个可选的实施例，冷却承载台20与晶圆300随形，在冷却承载台20的外边缘设有限位块23以限制晶圆300的径向位移。
如图5所示，进一步地，限位块23包括多个，多个限位块23沿着冷却承载台20的外周间隔开布置，通过多个限位块23的作用，可以限制晶圆300滑出冷却承载台20外，防止对晶圆300造成损伤。
进一步地，每个限位块23朝向晶圆300的一侧设有倾3面，倾斜面231沿着冷却承载台20径向内侧至径向外侧的方向上向上倾斜延伸，这样在限制晶圆300径向位移的同时，可以给晶圆300腾出一定的缓冲空间，便于对晶圆300进行拿取。
根据本发明又一个可选的实施例，驱动件33为气缸，气缸安装在气缸固定座34上，气缸固定座34与冷却液道台22固定相连。气缸固定座34对气缸具有固定支撑作用。
本发明实施例中，冷却腔体10包括腔顶盖12、腔侧盖13和安装转接板11，安装转接板11和机械手平台机械手平台相连接，在安装转接板11上设有穿过孔111，机械手平台机械手平台的机械手200可以穿过穿过孔111将晶圆300运送至冷却腔内的晶圆支撑台21上。在腔顶盖12上设有观察窗15，以便工作人员可以观察到冷却腔内的情况。在腔顶盖12上还设有两个把手14，方便工作人员对冷却腔体10的拿取操作。
需要说明的是，本发明实施例中的晶圆冷却装置100可采用自然冷却方式，其工作原理为：如图7和图8所示，气缸向上升起至高位，驱动顶升件固定座32和顶针31向上升起，机械手200将晶圆300送至多个顶针31上方，降下机械手200将晶圆300放置在顶针31上。如图9所示，气缸降落至低位，驱动顶升件固定座32及顶针31同时降落，从而使晶圆300降到冷却承载台20上，晶圆300进行自然冷却。
可选地，本发明实施例的晶圆冷却装置100可采用液冷方式，工作原理为：如图5所示，冷却液通过进液口222进入冷却液通道221，并从出液口223流出，使冷却承载台20维持在较低的温度范围，一般为25℃以下，如图7所示，气缸升起至高位，驱动顶升件固定座32及顶针31向上升起，机械手200将晶圆300送至顶针31上方，如图8所示，降下机械手200将晶圆300放置在顶针31上，如图9所示，气缸降落至低位，带动顶升件固定座32和顶针31降落，从而使晶圆300降到冷却承载台20上，通过冷却承载台20的低温对晶圆300进行冷却。
可选地，本发明实施例的晶圆冷却装置100可采用气体冷却方式，工作原理为：如图7所示，气缸升起至高位，驱动顶升件固定座32和顶针31升起，机械手200将晶圆300送至顶针31上方，如图8所示，降下机械手200将晶圆300放置在顶针31上，如图9所示，气缸降落至低位，带动顶升件固定座32和顶针31降落，从而使晶圆300降到冷却承载台20上，机械手200退出冷却腔，再将安装转接板11上的门阀关闭，目的为让冷却腔与机械手平台上的其他腔室隔绝，如图4所示，通过充气进口16向冷却腔内输入冷却气体，冷却完之后真空泵通过抽气管道17对冷却腔室进行抽真空，以避免气体进入反应腔。
需要说明的是，本发明实施例中可采用液冷和气冷相结合的方式同时进行冷却，即实现同时对晶圆300进行液冷和气冷。综上所述，本发明实施例的晶圆冷却装置100具有实现自然冷却、液体冷却、气体冷却，以及液冷与气体冷却相结合等多种方式来冷却晶圆300。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种晶圆冷却装置(100)，其特征在于，包括：
冷却腔体(10)，所述冷却腔体(10)限定出真空环境的冷却腔室，所述晶圆(300)容纳在所述冷却腔室内，所述冷却腔体(10)的底部边缘处设有充气进口(16)和抽气管道(17)，所述充气进口(16)和所述抽气管道(17)分别与所述冷却腔室相连通，冷却气体通过所述充气进口(16)进入冷却腔室内以对所述晶圆(300)上表面进行冷却，且冷却后的气体通过所述抽气管道(17)被抽出；
冷却承载台(20)，所述冷却承载台(20)位于所述冷却腔室内用于承载所述晶圆(300)；
升降装置，所述升降装置连接在所述冷却承载台(20)上，所述升降装置包括：
顶升件，所述顶升件固定在顶升件固定座(32)上，所述顶升件穿过所述冷却承载台(20)的中部适于顶起所述冷却承载台(20)上的所述晶圆(300)；
驱动件(33)，所述驱动件(33)与所述顶升件固定座(32)相连以驱动所述顶升件固定座(32)和所述顶升件上升或下降。
2.根据权利要求1所述的晶圆冷却装置(100)，其特征在于，所述冷却承载台(20)包括：
冷却液道台(22)，所述冷却液道台(22)内限定有冷却液通道(221)，所述冷却液道台(22)上设有进液口(222)和出液口(223)，所述冷却液通道(221)分别与所述进液口(222)和所述出液口(223)相连通；
晶圆支撑台(21)，所述晶圆支撑台(21)盖设在所述冷却液道台(22)的上表面，所述晶圆(300)支撑在所述晶圆支撑台(21)上。
3.根据权利要求2所述的晶圆冷却装置(100)，其特征在于，所述冷却液通道(221)包括多个，多个所述冷却液通道(221)沿着所述冷却液道台(22)的径向均匀间隔开设置，且多个所述冷却液通道(221)依次首尾相连通。
4.根据权利要求3所述的晶圆冷却装置(100)，其特征在于，每个所述冷却液通道(221)沿着所述冷却液道台(22)的周向延伸。
5.根据权利要求3所述的晶圆冷却装置(100)，其特征在于，所述多个冷却液通道(221)分别形成为圆环形通道。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的晶圆冷却装置(100)，其特征在于，每个所述冷却液通道(221)均形成为顶部敞开的冷却水槽。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的晶圆冷却装置(100)，其特征在于，所述顶升件包括多个顶针(31)，所述冷却承载台(20)的中部均匀分布有多个通孔，所述多个通孔和所述多个顶针(31)一一对应布置，每个所述通孔均适于对应的所述顶针(31)穿过。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的晶圆冷却装置(100)，其特征在于，所述冷却承载台(20)与所述晶圆(300)随形，在所述冷却承载台(20)的外边缘设有限位块(23)以限制所述晶圆(300)的径向位移。
9.根据权利要求8所述的晶圆冷却装置(100)，其特征在于，所述限位块(23)包括多个，多个所述限位块(23)沿着所述冷却承载台(20)的外周间隔开布置。
10.根据权利要求9所述的晶圆冷却装置(100)，其特征在于，每个所述限位块(23)朝向所述晶圆(300)的一侧设有倾斜面(231)，所述倾斜面(231)沿着所述冷却承载台(20)径向内侧至径向外侧的方向上向上倾斜延伸。
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