TWI796558B - 冷卻腔室、物理氣相沉積設備和冷卻方法 - Google Patents

Abstract

本創作實施例公開了一種冷卻腔室、物理氣相沉積設備和冷卻方法，其中的冷卻腔室包括：腔室本體、設置在該腔室本體內的冷卻盤，用於冷卻承載有晶圓的托盤；以及設置在腔室本體內的調節機構，用於調節托盤與冷卻盤之間的垂直距離，且調節機構採用以腔室本體的軸線為中心線的軸對稱結構。本創作提供的冷卻腔室、物理氣相沉積設備和冷卻方法的技術方案，不僅可以避免發生碎盤，而且還可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求，另外還可以提高托盤和晶圓的溫度均勻性，從而保證工藝結果的穩定性和一致性。

Description

冷卻腔室、物理氣相沉積設備和冷卻方法

本創作是關於一種半導體製造技術領域，特別是關於一種冷卻腔室、物理氣相沉積設備和冷卻方法。

物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，以下簡稱PVD)技術被廣泛應用於半導體領域，其採用濺射(Sputtering)沉積技術，在襯底和靶材之間通入氬氣等惰性氣體，高電壓將惰性氣體電離產生等離子體，藉由磁場增強束縛電子的能力使產生的等離子體轟擊靶材，將靶材材料的原子或離子沉積在襯底上形成薄膜。

採用濺射設備製備AlN(氮化鋁)緩衝層在LED領域已經成為標準的工藝製程。由於AlN緩衝層的加入，LED顯示裝置的亮度、良率等電性指標得到較大提升，並且能夠有效降低LED結構的厚度，降低了成本。由於AlN的結晶溫度較高，通常為600℃至700℃，襯底在經過高溫濺射工藝之後必須經過有效的冷卻才可以從濺射設備取出。

如圖1所示，典型的PVD設備包括裝卸載腔室、傳輸腔室、工藝腔室和冷卻腔室。採用該PVD設備製備AlN薄膜的完整過程為：首先將承載晶圓(Wafer)的托盤經過裝載腔室裝載，再經由傳輸腔室中的機械手傳輸至工藝腔室中，進行高溫濺鍍工藝，以在晶圓上形成AlN薄膜；待工藝完成中，將晶圓經由傳輸腔室中的機械手傳輸至冷卻腔室，對晶圓進行冷卻；最後，再由機械手將晶圓傳至裝卸載腔室，以卸載取出晶圓。

當前，對PVD設備進行冷卻的工藝時間以及冷卻後托盤的溫度均有較高的要求，冷卻時間一般要求為6至10分鐘；冷卻後托盤的溫度要求為60℃以下。但是，現有的冷卻腔室在整個冷卻過程中的托盤高度是固定的，在這種情況下，若托盤設置在距離冷卻盤較近的位置處，或者直接放置在冷卻盤上，會導致托盤的冷卻速率過快，可能會造成托盤碎裂；若托盤設置在距離冷卻盤較遠的位置處，則無法同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求。另外，由由於冷卻腔室的結構和冷卻水分佈無法保證完全對稱，導致無法對托盤的不同位置以同等的速度進行冷卻，從而造成托盤的溫度均勻性較差。

有鑑於此，提出一種更佳的改善方案，乃為此業界亟待解決的問題。

本創作的主要目的在於，提出一種冷卻腔室、物理氣相沉積設備和冷卻方法，其不僅可以避免發生碎盤，而且還可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求，另外還可以提高托盤和晶圓的溫度均勻性，從而保證工藝結果的穩定性和一致性。

為達上述目的，本創作所提出的冷卻腔室，其用於冷卻一能承載晶圓的托盤；該冷卻腔室包含：一腔室本體；一冷卻盤，其設置在該腔室本體內，並用於承載並冷卻該托盤及該托盤所承載的晶圓；一測溫裝置，其用於檢測位於該腔室本體內的該托盤的溫度；以及一調節機構，其設置在該腔室本體內，並用於增大該托盤與該冷卻盤之間的一垂直距離，以降低該托盤的降溫速率，以及減小該垂直距離，以提高該托 盤的降溫速率，且該調節機構採用以該腔室本體的軸線為中心線的軸對稱結構，其中，該調節機構包含：一升降托盤支架，該升降托盤支架環繞設置在該冷卻盤的外圍，並與該腔室本體同軸設置，且能夠相對於該冷卻盤進行升降。

為達上述目的，本創作所提出的物理氣相沉積設備，包含如前所述的冷卻腔室。

為達上述目的，本創作所提出的冷卻方法，其採用如前所述的冷卻腔室對一托盤進行冷卻處理，該冷卻方法包含：依次進行的多個冷卻階段，以對該托盤進行冷卻；在依次進行該多個冷卻階段的過程中，藉由調節各該等冷卻階段的冷卻時間及該托盤與該冷卻盤之間的該垂直距離，來避免該托盤碎盤，以使冷卻效率和冷卻後的托盤溫度滿足預設要求。

如前所述之冷卻腔室中，該升降托盤支架包含：一支撐面，其能夠支撐該托盤；其中，該升降托盤支架被設置為能夠藉由帶動該托盤升降來調節該托盤與該冷卻盤之間的該垂直距離。

如前所述之冷卻腔室中，該冷卻盤在該托盤被置於該支撐面上時位於該托盤的下方，且該升降托盤支架能夠藉由升降使該支撐面位於高於或低於該冷卻盤的位置，以實現將該托盤在該升降托盤支架與該冷卻盤之間傳遞。

如前所述之冷卻腔室中，該升降托盤支架包含一支架本體和一環形凸臺，該環形凸臺設置在該支架本體上，該環形凸臺與該腔室本體同軸設置，且該環形凸臺的上表面為該支撐面，且該環形凸臺的內徑大於該冷卻盤的外徑。

如前所述之冷卻腔室中，該至少一測溫裝置的數量為多個，且沿該腔室本體的徑向間隔分佈，用以分別檢測該托盤的徑向上不同位置的托盤溫度。

如前所述之冷卻腔室中，該測溫裝置的數量為三個，分別用於檢測該托盤的中心、半徑中點、和外邊緣的位置相對應的托盤溫度。

如前所述之冷卻腔室中，該測溫裝置包含一紅外測溫裝置。

如前所述之冷卻腔室中，該冷卻腔室還包含一勻氣環，該勻氣環設置在該腔室本體內，且在該勻氣環具有一冷卻氣體通道，該冷卻氣體通道位於該勻氣環中，並用於向該腔室本體引入冷卻氣體。

如前所述之冷卻腔室中，該冷卻氣體通道具有多個出氣口，該多個出氣口沿該勻氣環的周向均勻分佈；並且，各該出氣口的出氣方向均朝向該腔室本體的軸線傾斜一預設的角度。

如前所述之冷卻方法中，在依次進行多個該冷卻階段的過程中，該垂直距離逐漸減小。

如前所述之冷卻方法中，該等冷卻階段為四個，分別為第一階段、第二階段、第三階段和第四階段，其中，該第一階段對應的該垂直距離為4公釐，且冷卻時間為1.3分鐘至1.9分鐘；該第二階段對應的該垂直距離為2公釐，且冷卻時間為1.1分鐘至1.4分鐘；該第三階段對應的該垂直距離為1公釐，且冷卻時間為1.1分鐘至1.4分鐘；該第四階段對應的該垂直距離為0公釐，且冷卻時間為2.4分鐘至2.6分鐘。

如前所述之冷卻方法中，還包含：檢測當前冷卻階段結束後的托盤溫度；判斷當前冷卻階段結束後的托盤溫度是否低於一預設標準溫度； 如果是，則進行下一冷卻階段；如果否，則繼續冷卻一預設的補充冷卻時間，並重新檢測托盤溫度，然後判斷重新檢測的托盤溫度是否低於該預設標準溫度，如果是，則進行下一冷卻階段，如果否，則終止冷卻處理。

如前所述之冷卻方法中，還包含：多個溫度採集時段，各該溫度採集時段中持續對托盤溫度進行檢測並記錄；根據各該溫度採集時段採集到的多個托盤溫度，計算獲得各該溫度採集時段的一降溫速率；判斷該降溫速率是否小於一安全速率；如果是，則繼續進行冷卻處理；如果否，則終止冷卻處理並增加該托盤與該冷卻盤之間的距離，並停止向該腔室本體通入冷卻氣體。

如前所述之冷卻方法中，還包含：在進行冷卻處理的整個過程中，持續檢測該托盤的徑向上不同位置的多個托盤溫度；基於該多個托盤溫度計算溫度平均值；其中，該溫度平均值等於該多個托盤溫度中的最大值與該多個托盤溫度中的最小值的差值的二分之一；判斷該溫度平均值是否小於該溫度平均安全值；如果是，則繼續進行冷卻處理；如果否，則終止冷卻處理並增加該托盤與該冷卻盤之間的距離，並停止向該腔室本體通入冷卻氣體。

本創作的有益效果：

本創作提供的冷卻腔室，其通過借助調節機構調節托盤與冷卻盤之間的垂直距離，可以隨著冷卻時間的累積，根據托盤的溫度變化調節該垂直距離，以避免因托盤在高溫時距離冷卻盤過近而導致降溫速率過快，發生碎盤，同時還能夠在托盤溫度下降至一定程度時通過減小托盤與冷卻盤之間的垂 直距離來提高冷卻效率，從而可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求。另外，上述調節機構通過採用以腔室本體的軸線為中心線的軸對稱結構，可以提高對托盤和晶圓冷卻均勻性，進而可以提高托盤和晶圓的溫度均勻性，保證工藝結果的穩定性和一致性。

本創作提供的物理氣相沉積設備，其通過採用本創作提供的上述冷卻腔室，不僅可以避免發生碎盤，而且還可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求，另外還可以提高托盤和晶圓的溫度均勻性，從而保證工藝結果的穩定性和一致性。

本創作提供的冷卻方法，其通過採用本創作提供的上述冷卻腔室對托盤進行冷卻處理，不僅可以避免發生碎盤，而且還可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求，另外還可以提高托盤和晶圓的溫度均勻性，從而保證工藝結果的穩定性和一致性。

1:腔室本體

2:托盤

3:升降托盤支架

31:支架本體

32:環形凸臺

33:支撐面

4:冷卻盤

41:進水口

42:出水口

5:勻氣環

51:進氣口

52:出氣口

61,62,63:測溫探頭

401~405,501~505,601~605:步驟

H₁,H₂,H₃,H₄:高度

T:托盤溫度

T₀:標準溫度

S:降溫速率

S₀:安全速率

U:溫度平均值

U₀:溫度平均安全值

θ:角度

圖1為現有技術的PVD設備製備AlN緩衝層的工藝流程圖；圖2A為本創作實施例提供的冷卻腔室的側視剖面示意圖；圖2B為本創作實施例提供的冷卻腔室的俯視剖面示意圖；圖3為本創作實施例提供的冷卻方法的流程圖；圖4為本創作實施例採用的溫度安全性互鎖的流程圖；圖5為本創作實施例採用的冷卻速率的安全性互鎖的流程圖；圖6為本創作實施例採用的溫度均勻性的安全性互鎖的流程圖。

下面參照附圖對本創作進行更全面的描述，其中說明本創作的示例性實施例。下面將結合本創作實施例中的附圖，對本創作實施例中的技術特徵進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本創作一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本創作中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本創作保護的範圍。下面結合圖和實施例對本創作的技術方案進行多方面的描述。

下文為了敘述方便，下文中所稱的“左”、“右”、“上”、“下”與附圖本身的左、右、上、下方向一致。下文中的“第一”、“第二”等，僅用於描述上相區別，並沒有其他特殊的含義。

本創作實施例提供一種冷卻腔室，該冷卻腔室可應用在物理氣相沉積設備中，例如在採用該物理氣相沉積設備進行AlN緩衝層生長工藝的過程中，當晶圓在加工腔室中完成濺鍍處理之後，可將承載有晶圓的托盤傳入冷卻腔室中，對該托盤進行冷卻。

在本實施例中，如圖2A和2B所示，冷卻腔室包括腔室本體1以及設置在該腔室本體1內的冷卻盤4和調節機構。其中，冷卻盤4用於冷卻托盤2，托盤2用於承載晶圓，具體地，該冷卻盤4設置在靠近腔室本體1的底部的位置處，且採用水冷的方式冷卻托盤2，如圖2A所示，在托盤2中設置有冷卻水道，該冷卻水道的進水口41和出水口42分別與冷卻水源的出水管和回水管連接，從而實現了冷卻水的迴圈。

調節機構用於調節托盤2與冷卻盤4之間的垂直距離，且該調節機構採用以腔室本體1的軸線為中心線的軸對稱結構。在本實施例中，該調節機構包括升降托盤支架3，該升降托盤支架3包括能夠支撐托盤2的支撐面33，且該升降托盤支架3被設置為能夠藉由帶動托盤2升降來調節托盤2與冷卻盤4之間的垂直距離。當然，在實際應用中，也可以使升降托盤支架3固定不動，而 藉由使冷卻盤4升降來調節托盤2與冷卻盤4之間的垂直距離，或者還可以使升降托盤支架3和冷卻盤4均升降來調節托盤2與冷卻盤4之間的垂直距離。

在本實施例中，冷卻盤4在托盤2被置於升降托盤支架3的支撐面33上時位於托盤2的下方，且升降托盤支架3能夠藉由升降使支撐面33位於高於或低於冷卻盤4的位置，以實現將托盤2在升降托盤支架3與冷卻盤4之間傳遞。當然，在實際應用中，也可以使冷卻盤4位於托盤2的上方，在這種情況下，升降托盤支架3可以藉由升降來調節托盤2與冷卻盤4之間的垂直距離，或者使托盤2與冷卻盤4相接觸。

升降托盤支架3可以有多種具體結構。例如，如圖2A所示，升降托盤支架3包括支架本體31和設置在該支架本體31上的環形凸臺32，其中，支架本體31由兩個直立設置的支撐板組成，兩個支撐板以腔室本體1的軸線為中心線對稱設置在腔室本體1的邊緣兩側；對應的，環形凸臺32由兩個水準設置的半環形平板組成，兩個半環形平板相對設置在兩個支撐板上，且各支撐板的上表面即為上述支撐面33，可與托盤2的下表面相接觸。並且，由兩個半環形平板組成的支撐面所在圓周的內徑大於冷卻盤4的外徑。這樣，升降托盤支架3能夠下降至使支撐面33低於冷卻盤4的位置，以實現托盤2的傳遞。

需要說明的是，在本實施例中，環形凸臺32由兩個水準設置的半環形平板組成，但是，本創作並不局限於此，在實際應用中，環形凸臺32也可以由三個以上的平板組成，且三個以上的平板以腔室本體1的軸線為中心線對稱設置，或者由單個閉合的環形平板構成，該環形平板與腔室本體1同軸設置。

在一個實施例中，可以將托盤2與冷卻盤4之間的垂直距離定義為高度H₁、高度H₂、高度H₃、及高度H₄，其中，高度H₁為4公釐、高度H₂為2公 釐、高度H₃為1公釐、高度H₄為0公釐(即托盤2與冷卻盤4接觸)。借助調節機構，即可實現托盤2與冷卻盤4之間的垂直距離的調節。

本實施例中，冷卻腔室還包括測溫裝置，該測溫裝置用於檢測位於腔室本體1內的托盤2的溫度。借助測溫裝置，可以對托盤溫度進行即時監控，從而不僅可以避免托盤2和晶圓因冷卻不充分而影響工藝結果，甚至產生人身安全風險，而且還可以避免托盤2因冷卻速率過快而發生碎盤。

測溫裝置可以有多種，例如為紅外測溫裝置等的非接觸式溫度測量裝置。紅外測溫裝置的測溫探頭可藉由設置在腔室本體1的上壁的通孔引入到腔室本體1內部，以採集托盤2的溫度。

為了檢測托盤在徑向上的溫度均勻性，測溫裝置的數量為多個，且沿腔室本體1的徑向間隔分佈，用以分別檢測托盤2的徑向上不同位置的托盤溫度。例如，如圖2B所示，測溫裝置的數量可以為三個，且該測溫裝置的數量為紅外測溫裝置。三個紅外測溫裝置的測溫探頭61/62/63分別用於檢測托盤2外邊緣、托盤2半徑中點和托盤2中心的位置相對應的托盤溫度。這樣設置，可以較好地反映出托盤2徑向上的溫度均勻性。

在一個實施例中，冷卻腔室還包括勻氣環5，該勻氣環5設置在腔室本體1內，且位於冷卻盤4的下方，並且在勻氣環5中設置有用於向腔室本體1引入冷卻氣體的冷卻氣體通道，用於與冷卻盤4共同對托盤2進行冷卻。當然，在實際應用中，根據冷卻腔室的具體結構，勻氣環5也可以設置在冷卻盤4的上方或者周圍，例如，若冷卻盤4位於靠近腔室本體1頂部的位置處，勻氣環5也可以設置在冷卻盤4的上方。

可選的，勻氣環5具有一個進氣口51和多個出氣口52，其中，多個出氣口52沿勻氣環5的周向均勻分佈，以能夠均勻地向腔室本體1內充入冷卻氣體。在實際應用中，可以根據具體需要設定出氣口52的數量，以能夠獲得合 適的出氣口分佈密度。例如，出氣口52為72個，相鄰的兩個出氣口52之間的中心夾角為5°，這樣的出氣口分佈密度，可以滿足對冷卻速率和冷卻均勻性的要求。

並且，各出氣口52的出氣方向均朝向腔室本體1的軸線傾斜預設角度θ，即，各出氣口52的出氣方向向內傾斜，且與水平面之間形成夾角，可選的，該角度θ可以為45度、60度等。

下面採用上述勻氣環5和單一進氣口分別對托盤進行冷卻處理，並對冷卻處理後的溫度均勻性進行對比。具體地，上述勻氣環5的出氣口數量為72個，且相鄰的兩個出氣口52之間的中心夾角為5度，並且各出氣口52的出氣方向均朝向腔室本體1的軸線傾斜的角度θ為45°。在進行冷卻處理的過程中，利用三個紅外測溫裝置的測溫探頭61/62/63分別檢測托盤2外邊緣、托盤2半徑中點和托盤2中心的位置相對應的托盤溫度，並計算溫度平均值，該溫度平均值等於(最大值-最小值)/2。

所得結果由下述表1所示，藉由對比可以看出，採用單一進氣口51對應的溫度均勻性的最大值為6.3%，最小值為5.5%，而採用勻氣環5對應的溫度均勻性的最大值為2.4%，最小值為2.1%。由此，借助勻氣環5，可以有效提高溫度均勻性。

綜上所述，本創作實施例提供的冷卻腔室，其藉由利用調節機構調節托盤2與冷卻盤4之間的垂直距離，可以隨著冷卻時間的累積，根據托盤2的溫度變化調節該垂直距離，以避免因托盤2在高溫時距離冷卻盤4過近而導致降溫速率過快，發生碎盤，同時還能夠在托盤溫度下降至一定程度時藉由減小托盤2與冷卻盤4之間的垂直距離來提高冷卻效率，從而可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求。另外，上述調節機構採用以腔室本體的軸線為中心線的軸對稱結構，可以提高對托盤2和晶圓冷卻均勻性，進而可以提高托盤2和晶圓的溫度均勻性，保證工藝結果的穩定性和一致性。

作為另一個技術方案，本創作實施例還提供一種物理氣相沉積設備，其採用了本創作實施例提供的上述冷卻腔室。

物理氣相沉積設備例如可以應用於AlN緩衝層的製備等等。

本創作實施例提供的物理氣相沉積設備，其採用本創作實施例提供的上述冷卻腔室，不僅可以避免發生碎盤，而且還可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求，另外還可以提高托盤和晶圓的溫度均勻性，從而保證工藝結果的穩定性和一致性。

作為另一個技術方案，如圖3所示，本創作實施例還提供一種冷卻方法，其採用本創作實施例提供的上述冷卻腔室對托盤進行冷卻處理。該冷卻方法包括以下步驟：步驟301：依次進行多個冷卻階段，以對托盤進行冷卻；在依次進行多個冷卻階段的過程中，藉由調節各冷卻階段的冷卻時間及托盤與冷卻盤之間的垂直距離，來避免發生碎盤，以使冷卻效率和冷卻後的托盤溫度滿足要求。

在實際應用中，可以將整個冷卻時間劃分為相等或不等的多個時間段，各時間段稱為冷卻階段。

可選的，在依次進行多個冷卻階段的過程中，托盤與冷卻盤之間的垂直距離逐漸減小。由於在整個冷卻過程中，隨著冷卻時間的累積，托盤的溫度由高至低，基於此，藉由調節托盤與冷卻盤之間的垂直距離，使之逐個階段逐漸減小，可以避免因托盤在高溫時距離冷卻盤過近而導致降溫速率過快，發生碎盤，同時還能夠在托盤溫度下降至一定程度時藉由減小托盤與冷卻盤之間的垂直距離來提高冷卻效率，從而可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求。

例如，冷卻階段為四個，分別為第一階段、第二階段、第三階段和第四階段，四個冷卻階段的冷卻時間、托盤與冷卻盤之間的垂直距離以及氣體壓力的參數表如下述表2所示。

在表2中，第一階段對應的垂直距離為4公釐，且冷卻時間T1為1.3分鐘至1.9分鐘；第二階段對應的垂直距離為2公釐，且冷卻時間T2為1.1分鐘至1.4分鐘；第三階段對應的垂直距離為1公釐，且冷卻時間T3為1.1分鐘至1.4分鐘；第四階段對應的垂直距離為0公釐，且冷卻時間T4為2.4分鐘至2.6分鐘。腔室本體中的氣體壓力P均為10托(Torr)至50托。

藉由將冷卻階段分為四個，且調節各冷卻階段的冷卻時間以及托盤與冷卻盤之間的垂直距離，可以在實現安全不碎盤的前提下，將托盤降溫 至60℃以下；同時，四個冷卻階段的總冷卻時間控制在10分鐘n以內，由此可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求。

在一個實施例中，圖4為本創作實施例提供的冷卻方法的一個實施例的流程示意圖。如圖4所示，本創作實施例提供的冷卻方法，其採用本創作實施例提供的冷卻腔室對托盤進行冷卻處理。該冷卻腔室的具體結構如圖2A和圖2B所示，其中，冷卻腔室還包括測溫裝置，該測溫裝置用於檢測位於腔室本體1內的托盤2的溫度。

本創作實施例提供的冷卻方法還包括以下步驟：步驟401：檢測當前冷卻階段結束後的托盤溫度T。

若測溫裝置為多個，則在獲得各測溫裝置檢測的托盤溫度T之後，計算多個測溫裝置檢測的托盤溫度T的平均溫度值。

步驟402：判斷當前冷卻階段結束後的托盤溫度T是否低於預設標準溫度T0；如果是，則進行步驟403；如果否，則進行步驟404；步驟403：進行下一冷卻階段；步驟404：繼續冷卻預設的一補充冷卻時間，並重新檢測托盤溫度T，然後判斷重新檢測的托盤溫度T是否低於預設標準溫度T₀；如果是，則進行上述步驟403；如果否，則進行步驟405；步驟405：終止冷卻處理。

可選的，上述預設的補充冷卻時間時長為1分鐘。

利用上述步驟401至步驟405，在進行冷卻處理時，可以藉由軟體實現各相鄰的冷卻階段之間的溫度安全性互鎖流程，即，只有在托盤溫度T下降至預設的標準溫度以下，才能夠進行下一冷卻階段，從而可以避免在進行下一冷卻階段時，因托盤溫度T過高，托盤與冷卻盤之間的垂直距離減小，而發生碎盤。

可選的，在當前冷卻階段結束之後，且進行下一冷卻步驟之前，判斷是否進行各相鄰的冷卻階段之間的溫度安全性互鎖，即，是否執行上述步驟401至步驟405。

圖5為本創作實施例提供的冷卻方法的一個實施例的流程示意圖。如圖5所示，本創作實施例提供的冷卻方法，其採用本創作實施例提供的冷卻腔室對托盤進行冷卻處理。該冷卻腔室的具體結構如圖2A和圖2B所示，其中，冷卻腔室還包括多個測溫裝置，且沿腔室本體1的徑向間隔分佈，用以分別檢測托盤2的徑向上不同位置的托盤溫度。

本創作實施例提供的冷卻方法還包括以下步驟：步驟501：多個溫度採集時段，各溫度採集時段中持續對托盤溫度進行檢測並記錄；步驟502：根據各溫度採集時段採集到的多個托盤溫度，計算獲得各溫度採集時段的降溫速率S；步驟503：判斷降溫速率S是否小於安全速率S₀；如果是，則進行步驟504；如果否，則進行步驟505；步驟504：繼續進行冷卻處理；步驟505：終止冷卻處理並增加托盤與冷卻盤之間的距離，並停止向腔室本體1通入冷卻氣體。

上述溫度採集時段即為溫度採集週期，各週期為5秒。

利用上述步驟501至步驟505，在進行冷卻處理時，可以藉由軟體實現冷卻速率的安全性互鎖，即，若降溫速率S過大，則立即終止冷卻處理，以避免發生碎盤。

可選的，在進行上述步驟501之前，還包括： 判斷是否進行冷卻速率的安全性互鎖流程，即，是否執行上述步驟501至步驟505。

圖6為本創作實施例提供的冷卻方法的一個實施例的流程示意圖。如圖6所示，本創作實施例提供的冷卻方法，其採用本創作實施例提供的冷卻腔室對托盤進行冷卻處理。該冷卻腔室的具體結構如圖2A和圖2B所示，其中，冷卻腔室還包括多個測溫裝置，且沿腔室本體1的徑向間隔分佈，用以分別檢測托盤2的徑向上不同位置的托盤溫度。

本創作實施例提供的冷卻方法還包括以下步驟：步驟601：在進行冷卻處理的整個過程中，持續檢測托盤的徑向上不同位置的多個托盤溫度；步驟602：基於多個托盤溫度計算溫度平均值U；其中，該溫度平均值等於多個托盤溫度中的最大值與多個托盤溫度中的最小值的差值的二分之一；步驟603：判斷溫度平均值U是否小於溫度平均安全值U₀；如果是，則進行步驟604；如果否，則進行步驟605；步驟604：繼續進行冷卻處理；步驟605：終止冷卻處理並增加托盤與冷卻盤之間的距離，並停止向腔室本體通入冷卻氣體。

利用上述步驟601至步驟605，在進行冷卻處理時，可以藉由軟體實現溫度均勻性的安全性互鎖，即，若溫度平均值過大，則立即終止冷卻處理，以避免溫度均勻性無法滿足要求。

可選的，在進行上述步驟601之前，還包括：判斷是否進行溫度均勻性的安全性互鎖流程，即，是否執行上述步驟601至步驟605。

需要說明的是，在實際應用中，在進行上述步驟301的過程中，可以根據具體需要選擇是否進行上述多個安全性互鎖流程中的至少一個。

綜上所述，本創作實施例提供的冷卻方法，其藉由採用本創作實施例提供的上述冷卻腔室對托盤進行冷卻處理，不僅可以避免發生碎盤，而且還可以同時滿足對冷卻時間和冷卻溫度的要求，另外還可以提高托盤和晶圓的溫度均勻性，從而保證工藝結果的穩定性和一致性。

上述本創作所公開的任一技術方案除另有聲明外，如果其公開了數值範圍，那麼公開的數值範圍均為優選的數值範圍，任何本領域的技術人員應該理解：優選的數值範圍僅僅是諸多可實施的數值中技術效果比較明顯或具有代表性的數值。由於數值較多，無法窮舉，所以本創作才公開部分數值以舉例說明本創作的技術方案，並且，上述列舉的數值不應構成對本創作創造保護範圍的限制。

同時，上述本創作如果公開或涉及了互相固定連接的零部件或結構件，那麼，除另有聲明外，固定連接可以理解為：能夠拆卸地固定連接(例如使用螺栓或螺釘連接)，也可以理解為：不可拆卸的固定連接(例如鉚接、焊接)，當然，互相固定連接也可以為一體式結構(例如使用鑄造工藝一體成形製造出來)所取代(明顯無法採用一體成形工藝除外)。

另外，上述本創作公開的任一技術方案中所應用的用於表示位置關係或形狀的術語除另有聲明外其含義包括與其近似、類似或接近的狀態或形狀。本創作提供的任一部件既可以是由多個單獨的組成部分組裝而成，也可以為一體成形工藝製造出來的單獨部件。

以上實施例僅用以說明本創作的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本創作進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本創作的具體實施方式進行修改或者對部分技術特徵進行等同 替換；而不脫離本創作技術方案的精神，其均應涵蓋在本創作請求保護的技術方案範圍當中。

本創作的描述是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本創作限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本創作的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本創作從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。

1:腔室本體

2:托盤

3:升降托盤支架

31:支架本體

32:環形凸臺

33:支撐面

4:冷卻盤

41:進水口

42:出水口

5:勻氣環

51:進氣口

52:出氣口

61,62,63:測溫探頭

H₁,H₂,H₃,H₄:高度

θ:角度

Claims (16)

1. 一種冷卻腔室，其用於冷卻一能承載晶片的托盤；該冷卻腔室包含：一腔室本體；一冷卻盤，其設置在該腔室本體內，並用於承載並冷卻該托盤及該托盤所承載的晶片；一測溫裝置，該測溫裝置用於檢測位於該腔室本體內的該托盤的溫度；以及一調節機構，其設置在該腔室本體內，並用於依據該測溫裝置的對該托盤的測溫結果以及冷卻時間調節該托盤與該冷卻盤之間的一垂直距離，以調節該托盤的降溫速率，且該調節機構採用以該腔室本體的軸線為中心線的軸對稱結構。
2. 如請求項1所述之冷卻腔室，其中，該調節機構包含：一升降托盤支架，該升降托盤支架包含：一支撐面，其能夠支撐該托盤；其中，該升降托盤支架被設置為能夠藉由帶動該托盤升降來調節該托盤與該冷卻盤之間的該垂直距離。
3. 如請求項2所述之冷卻腔室，其中，該冷卻盤在該托盤被置於該支撐面上時位於該托盤的下方，且該升降托盤支架能夠藉由升降使該支撐面位於高於或低於該冷卻盤的位置，以實現將該托盤在該升降托盤支架與該冷卻盤之間傳遞。
4. 如請求項3所述之冷卻腔室，其中，該升降托盤支架包含一支架本體和一環形凸臺，該環形凸臺設置在該支架本體上，該環形凸臺與該腔室 本體同軸設置，且該環形凸臺的上表面為該支撐面，且該環形凸臺的內徑大於該冷卻盤的外徑。
5. 如請求項1所述之冷卻腔室，其中，該至少一測溫裝置的數量為多個，且沿該腔室本體的徑向間隔分佈，用以分別檢測該托盤的徑向上不同位置的托盤溫度。
6. 如請求項5所述之冷卻腔室，其中，該測溫裝置的數量為三個，分別用於檢測該托盤的中心、半徑中點、和外邊緣的位置相對應的托盤溫度。
7. 如請求項1、5至6中任一所述之冷卻腔室，其中，該測溫裝置包含一紅外測溫裝置。
8. 如請求項1所述之冷卻腔室，其中，該冷卻腔室還包含一勻氣環，該勻氣環設置在該腔室本體內，且在該勻氣環具有一冷卻氣體通道，該冷卻氣體通道位於該勻氣環中，並用於向該腔室本體引入冷卻氣體。
9. 如請求項8所述之冷卻腔室，其中，該冷卻氣體通道具有多個出氣口，該多個出氣口沿該勻氣環的周向均勻分佈；並且，各該出氣口的出氣方向均朝向該腔室本體的軸線傾斜一預設的角度。
10. 一種物理氣相沉積設備，其包含如請求項1至9任一項所述的冷卻腔室。
11. 一種冷卻方法，其採用如請求項1至9中任一項所述的冷卻腔室對一托盤進行冷卻處理，該冷卻方法包含：依次進行的多個冷卻階段，以對該托盤進行冷卻；在依次進行該多個該冷卻階段的過程中，藉由調節各該等冷卻階段的冷卻時間及該托盤與該冷卻盤之間的該垂直距離，來避免該托盤碎盤，以使冷卻效率和冷卻後的托盤溫度滿足預設要求。
12. 如請求項11所述之冷卻方法，其中，在依次進行多個該冷卻階段的過程中，該垂直距離逐漸減小。
13. 如請求項11或12所述之冷卻方法，其中，該等冷卻階段為四個，分別為第一階段、第二階段、第三階段和第四階段，其中，該第一階段對應的該垂直距離為4公釐，且冷卻時間為1.3分鐘至1.9分鐘；該第二階段對應的該垂直距離為2公釐，且冷卻時間為1.1分鐘至1.4分鐘；該第三階段對應的該垂直距離為1公釐，且冷卻時間為1.1分鐘至1.4分鐘；該第四階段對應的該垂直距離為0公釐，且冷卻時間為2.4分鐘至2.6分鐘。
14. 一種冷卻方法，其採用如請求項1、5至6中任一項所述的冷卻腔室對一托盤進行冷卻處理，該冷卻方法包含：依次進行的多個冷卻階段，以對該托盤進行冷卻；在依次進行該多個該冷卻階段的過程中，藉由調節各該等冷卻階段的冷卻時間及該托盤與該冷卻盤之間的該垂直距離，來避免該托盤碎盤，以使冷卻效率和冷卻後的托盤溫度滿足預設要求；檢測當前冷卻階段結束後的托盤溫度；判斷當前冷卻階段結束後的托盤溫度是否低於一預設標準溫度；如果是，則進行下一冷卻階段；如果否，則繼續冷卻一預設冷卻時長，並重新檢測托盤溫度，然後判斷重新檢測的托盤溫度是否低於該預設標準溫度，如果是，則進行下一冷卻階段，如果否，則終止冷卻處理。
15. 一種冷卻方法，其採用如請求項1、5至7中任一項所述的冷卻腔室對一托盤進行冷卻處理，該冷卻方法包含：依次進行的多個冷卻階段，以對該托盤進行冷卻； 在依次進行該多個該冷卻階段的過程中，藉由調節各該等冷卻階段的冷卻時間及該托盤與該冷卻盤之間的該垂直距離，來避免該托盤碎盤，以使冷卻效率和冷卻後的托盤溫度滿足預設要求；多個溫度採集時段，各該溫度採集時段中持續對托盤溫度進行檢測並記錄；根據各該溫度採集時段採集到的多個托盤溫度，計算獲得各該溫度採集時段的一降溫速率；判斷該降溫速率是否小於一安全速率；如果是，則繼續進行冷卻處理；如果否，則終止冷卻處理並增加該托盤與該冷卻盤之間的距離，並停止向該腔室本體通入冷卻氣體。
16. 一種冷卻方法，其採用如請求項6或7所述的冷卻腔室對一托盤進行冷卻處理，該冷卻方法還包含：依次進行的多個冷卻階段，以對該托盤進行冷卻；在依次進行該多個該冷卻階段的過程中，藉由調節各該等冷卻階段的冷卻時間及該托盤與該冷卻盤之間的該垂直距離，來避免該托盤碎盤，以使冷卻效率和冷卻後的托盤溫度滿足預設要求；在進行冷卻處理的整個過程中，持續檢測該托盤的徑向上不同位置的多個托盤溫度；基於該多個托盤溫度計算溫度平均值；其中，該溫度平均值等於該多個托盤溫度中的最大值與該多個托盤溫度中的最小值的差值的二分之一；判斷該溫度平均值是否小於該溫度平均安全值；如果是，則繼續進行冷卻處理；如果否，則終止冷卻處理並增加該托盤與該冷卻盤之間的距離，並停止向腔室本體通入冷卻氣體。

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