用于調節托盤溫度的腔室及半導體加工設備的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種用于調節托盤溫度的腔室及半導體加工設備，包括冷卻壁和第一驅動機構。其中，第一驅動機構設置于冷卻壁的底部，用以驅動待冷卻托盤下降或上升，以使待冷卻托盤與冷卻壁的上表面彼此接觸或脫離；冷卻壁用于在其上表面與待冷卻托盤彼此接觸時對待冷卻托盤進行冷卻。本發明提供的用于調節托盤溫度的腔室通過采用熱傳導的方式對托盤冷卻，可以提高冷卻效率，降低生產成本。
【專利說明】用于調節托盤溫度的腔室及半導體加工設備
【技術領域】
[0001]本發明屬于物理氣相沉積【技術領域】，具體涉及一種用于調節托盤溫度的腔室及半導體加工設備。
【背景技術】
[0002]物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,簡稱PVD)系統常用于在基片上制備薄膜。PVD系統一般包括傳輸腔、預熱腔和工藝腔。其中，在傳輸腔內設有機械手，用以對承載有基片的托盤進行傳送；預熱腔用于對基片進行加熱，以使其達到工藝所需的溫度，加熱溫度一般在250°C -300°C之間；工藝腔用于對已加熱的基片進行沉積薄膜，通過將基片加熱至工藝所需的溫度，可以在基片上得到導電性較好、透過率較高的薄膜層。完成薄膜沉積的基片被傳送到料盒中，再人工取出。在此過程中，由于托盤溫度較高，容易造成取片人員燙傷等，所以一般需要在工藝完成后進行托盤冷卻。
[0003]現有技術中采用的對托盤冷卻的方法是在預熱腔中連續充入N2，再不斷抽走，SP采用熱對流的方式對托盤冷卻。圖1為現有技術中采用熱對流方式冷卻托盤的預熱腔的結構示意圖。如圖1所示，預熱腔I包括加熱單元(圖中未畫出)、加熱升降裝置3、進氣管道6和真空排氣管道7。其中，加熱單元設置于預熱腔I內的頂部，用以采用熱輻射的方式加熱置于托盤2上的基片；加熱升降裝置3設置于加熱單元的下方，其包括頂針8和與之連接的驅動源9，在驅動源9的驅動下，頂針8能夠上升或下降；進氣管道6與氮氣源連接，用以在對托盤2冷卻時連續向預熱腔I中充入氮氣；真空氣體管道7用于排出預熱腔I中的氮氣。此外，為了避免因加熱造成的預熱腔I過熱，在腔室壁上設計有冷卻水道，冷卻水經過進水口 4進入，流經預熱腔室壁后從出水口 5流出，保證在加熱過程中將預熱腔I的溫度控制在合理的范圍內。預熱腔I的工作過程包括以下兩個過程:(I)托盤加熱過程，機械手(圖中未畫出)將托盤2從傳輸腔(圖中未畫出)傳入預熱腔I內位于加熱單元下方的位置；驅動源9驅動頂針8上升，直至頂起托盤2，以使托盤2脫離機械手；空載的機械手返回傳輸腔；驅動源9驅動頂針8繼續上升，以使托盤2到達相應的加熱位置；加熱單元對托盤2進行加熱；加熱完成后，機械手進入預熱腔I內位于加熱單元下方的位置；驅動源9驅動頂針8下降，直至使托盤2落在機械手上；機械手將托盤2傳入工藝腔(圖中未畫出)進行薄膜工藝。(2)托盤冷卻過程，將完成薄膜工藝的托盤2再次傳入預熱腔I中；氮氣源經由進氣管道6向預熱腔I中連續充入N2,同時通過真空排氣管道7不斷抽走完成熱交換后的N2,即:采用熱對流的方式對托盤2進行冷卻。
[0004]盡管上述預熱腔1在實際應用中廣為使用，但是其仍然不可避免地存在以下問題，即:由于熱對流的冷卻方式傳熱效率較低，這不僅導致冷卻時間長、工藝效率低，而且還會因需要大量的氮氣才能夠將托盤冷卻至理想的溫度而導致生產成本增加。
【發明內容】
[0005]本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一，提出了一種用于調節托盤溫度的腔室及半導體加工設備，其冷卻效率高，且生產成本低。
[0006]本發明提供一種用于調節托盤溫度的腔室，包括設置在所述腔室內的冷卻壁和第一驅動機構，其中，所述第一驅動機構設置于所述冷卻壁的底部，用以驅動待冷卻托盤下降或上升，以使所述待冷卻托盤與所述冷卻壁的上表面彼此接觸或脫離；所述冷卻壁用于在其與所述待冷卻托盤彼此接觸時對所述待冷卻托盤進行冷卻。
[0007]其中，所述冷卻壁為所述腔室的腔室壁，并且在所述腔室壁中設置有冷卻水管道。
[0008]其中，所述冷卻壁為設置于所述腔室內的冷卻部件。
[0009]其中，在所述冷卻部件中設置有第一冷卻水管道，并且在所述腔室的腔室壁中設置有第二冷卻水管道，所述第一冷卻水管道與第二冷卻水管道相互連通或者相互獨立。
[0010]其中，所述第一驅動機構包括第一頂針和與之連接的第一驅動源，在所述第一驅動源的驅動下，所述第一頂針貫穿所述冷卻壁，并上升或下降，以使其頂端高于或低于所述冷卻壁的上表面。
[0011]其中，所述腔室還包括加熱單元和第二驅動機構，其中，所述加熱單元設置于所述腔室內，用以采用熱輻射的方式朝向待加熱托盤輻射熱量；所述第二驅動機構包括第二頂針和與之連接的第二驅動源，在所述第二驅動源的驅動下，所述第二頂針的頂端承載所述待加熱托盤上升或下降。
[0012]其中，所述腔室還包括加熱單元和第二驅動機構，其中，所述加熱單元包括基座以及設置在所述基座 內的用于提供熱量的發熱元件；所述第二驅動機構設置在所述腔室內且位于所述基座的底部，用以驅動所述待加熱托盤上升或下降，以使所述待加熱托盤與所述基座的上表面彼此接觸或脫離。
[0013]其中，所述第二驅動機構包括第二頂針和與之連接的第二驅動源，在所述第二驅動源的驅動下，所述第二頂針貫穿所述基座，并上升或下降，以使其頂端高于或低于所述基座的上表面。
[0014]本發明還提供一種半導體加工設備，包括用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，所述腔室采用權利要求1-8任意一項權利要求所述的用于調節托盤溫度的腔室。
[0015]優選地，所述半導體加工設備還包括進氣管道、排氣管道和冷卻氣源，其中，所述冷卻氣源用于在對所述待冷卻托盤進行冷卻時經由所述進氣管道向所述腔室內輸送冷卻氣體；所述排氣管道用于排出所述腔室內的冷卻氣體。
[0016]本發明具有下述有益效果:
[0017]本發明提供的用于調節托盤溫度的腔室，其通過借助設置于冷卻壁的底部的第一驅動機構驅動待冷卻托盤下降或上升，可以使待冷卻托盤與冷卻壁的上表面彼此接觸或脫離，從而在冷卻壁的上表面與待冷卻托盤彼此接觸時，可以實現以熱傳導的方式對待冷卻托盤進行冷卻，這與現有技術采用熱對流的冷卻方式相比，不僅能夠提高冷卻效率，而且也無需像現有技術那樣需要向腔室內通入大量氮氣，從而能夠降低生產成本。
[0018]本發明提供的半導體加工設備，其通過采用本發明提供的用于調節托盤溫度的腔室，不僅可以提高冷卻效率，而且無需像現有技術那樣需要向腔室內通入大量氮氣，從而可以降低生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】[0019]圖1為現有技術中采用熱對流方式冷卻托盤的預熱腔；
[0020]圖2為本發明第一實施例提供的用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖；
[0021]圖3為本發明第一實施例提供的另一種用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖；
[0022]圖4a為本發明第二實施例提供的用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖；
[0023]圖4b為本發明第二實施例提供的另一種用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖；
[0024]圖5a為本發明第二實施例提供的再一種用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖；以及
[0025]圖5b為本發明第二實施例提供的又一種用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖。【具體實施方式】
[0026]為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明提供的用于調節托盤溫度的腔室及半導體加工設備進行詳細的描述。
[0027]圖2為本發明第一實施例提供的用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖。請參閱圖2，腔室100包括冷卻壁和第一驅動機構301。其中，冷卻壁為腔室100的腔室底壁，并且在該腔室底壁中設置有 冷卻水管道，該冷卻水管道包括進水口 4和出水口 5,在冷卻過程中，冷卻水經由進水口 4進入冷卻水管道，并在流經腔室壁后經由出水口 5流出。第一驅動機構301設置于腔室底壁的底部，用以驅動待冷卻托盤201下降或上升，以使待冷卻托盤201與腔室底壁的上表面彼此接觸或脫離，在本實施例中，第一驅動機構301包括第一頂針801和與之連接的第一驅動源901，并且在腔室底壁上且與第一頂針801相對應地位置處設置有貫穿其厚度的通孔。在第一驅動源901的驅動下，第一頂針801穿過該通孔，并上升或下降，以使其頂端高于或低于腔室底壁的上表面。
[0028]下面對本實施例提供的用于調節托盤溫度的腔室的托盤冷卻過程進行詳細地描述。
[0029]具體地，機械手等的托盤傳輸裝置(圖中未示出)將待冷卻托盤201傳輸至腔室100中的托盤原始位置(即，位于腔室底壁上方的預定位置處)；在第一驅動源901的驅動下，第一頂針801上升，直至第一頂針801的頂端托起待冷卻托盤201，以使其脫離機械手；空載的機械手移出腔室100 ;載有待冷卻托盤201的第一頂針801下降，直至待冷卻托盤201與腔室底壁的上表面相接觸，此時腔室壁中的冷卻水管道對腔室壁進行冷卻，從而間接冷卻與腔室底壁的上表面相接觸的待冷卻托盤201，進而實現采用熱傳導的方式冷卻待冷卻托盤201 ;待冷卻完成后，在第一驅動源901驅動下，第一頂針801上升，直至托起托盤201，并繼續上升至托盤原始位置，即，此時托盤201與腔室底壁的上表面彼此脫離；機械手移入腔室100內且位于托盤201的底部；第一頂針801下降，直至托盤201置于機械手上；載有托盤201的機械手移出腔室100，從而完成托盤冷卻的整個過程。
[0030]由上可知，本實施例提供的用于調節托盤溫度的腔室，其通過借助第一驅動機構301驅動待冷卻托盤201下降或上升，可以使待冷卻托盤201與腔室底壁的上表面彼此接觸或脫離，從而在腔室底壁的上表面與待冷卻托盤201彼此接觸時，可以實現以熱傳導的方式對待冷卻托盤進行冷卻，這與現有技術采用熱對流的冷卻方式相比，不僅能夠提高冷卻效率，而且也無需像現有技術那樣需要向腔室內通入大量氮氣，因而能夠降低生產成本。
[0031]需要說明的是，在本實施例中，冷卻壁為腔室100的腔室底壁，但本發明并不局限于此，在實際應用中，冷卻壁還可以為設置于腔室100內的冷卻部件11。如圖3所示，冷卻部件11位于靠近腔室100內的中心位置處，且與腔室100的腔室內周壁固定連接。而且，在冷卻部件11中設置有第一冷卻水管道(圖中未示出)，用以通入冷卻水以對冷卻部件11進行冷卻，從而在待冷卻托盤201與冷卻部件11相互接觸時，間接冷卻待冷卻托盤201。冷卻部件11的結構可以根據具體情況自由設定，例如，可以為在待冷卻托盤所在平面上的投影形狀與待冷卻托盤的形狀相對應的板狀結構。
[0032]在實際應用中，設置在冷卻部件11中的第一冷卻水管道可以與設置在腔室100的腔室壁中設置有第二冷卻水管道相互連通，即，在冷卻過程中，冷卻水經由進水口 4進入第二冷卻水管道，并在流經腔室壁以及冷卻部件11后經由出水口 5流出；或者，設置在冷卻部件11中的第一冷卻水管道也可以與設置在腔室100的腔室壁中設置有第二冷卻水管道相互獨立，即，單獨在冷卻部件11上設置進水口和出水口，在冷卻過程中，冷卻水經由進水口進入第一冷卻水管道，并在流經冷卻部件11后經由出水口流出；又或者，還可以省去設置在冷卻部件11中的第一冷卻水管道，而僅使冷卻部件11與腔室100的腔室壁相互接觸且固定連接，用以借助腔室100的腔室壁與冷卻部件11之間的熱傳導對冷卻部件11進行冷卻。
[0033]圖4a為本發明第二實施例提供的用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖。圖4b為本發明第二實施例提供的另一種用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖。請一并參閱圖4a和圖4b，與第一實施例相比，本實施例提供的用于調節托盤溫度的腔室同樣包括冷卻壁和第一驅動機構301。由于冷卻壁和第一驅動機構301的結構和功能在第一實施例中已有了詳細地描述，在此不再贅述。下面僅對本實施例與第二實施例的不同點進行描述。
[0034]具體地，腔室還包括加熱單元和第二驅動機構302。其中，加熱單元設置于腔室100內，用以采用熱輻射或熱傳導的方式對待加熱托盤進行加熱。
[0035]下面以冷卻壁為腔室的腔室底壁的腔室為例，結合圖4a對采用熱輻射的方式加熱待加熱托盤的加熱單元的具體結構進行描述。如圖4a所示，加熱單元為設置在腔室100內的頂部的紅外輻射燈10，用以朝向待加熱托盤202輻射熱量；第二驅動機構302位于加熱燈泡10下方的預定位置處，其包括第二頂針802和與之連接的第二驅動源902，在第二驅動源902的驅動下，第二頂針802的頂端承載待加熱托盤202上升或下降。
[0036]下面對采用熱輻射方式加熱待加熱托盤的腔室的托盤加熱過程進行詳細地描述。
[0037]具體地，機械手等的托盤傳輸裝置將待加熱托盤202傳輸至腔室100中的托盤原始位置，所謂托盤原始位置，是指預設的機械手將待加熱托盤傳輸至腔室100中的位置；在第二驅動源902的驅動下，第二頂針802上升，直至第二頂針802的頂端托起待加熱托盤202，以使其脫離機械手；空載的機械手移出腔室100 ;載有待加熱托盤202的第二頂針802繼續上升，以使待加熱托盤202到達相應的加熱位置；加熱燈泡10采用熱輻射的方式對待加熱托盤202進行加熱；待加熱完成后，機械手移入腔室內且位于托盤原始位置；第二頂針802下降，直至托盤202置于機械手上；載有托盤202的機械手移出腔室，從而完成托盤加熱的整個過程。
[0038]下面以冷卻壁為腔室的腔室底壁的腔室為例，結合圖4b對采用熱傳導的方式加熱待加熱托盤的加熱單元的具體結構進行描述。如圖4b所示，加熱單元包括基座12以及設置在基座12內的發熱元件(圖中未示出)，發熱元件可以為電阻絲等能夠提供熱量的元件；第二驅動機構302設置在腔室100內且位于基座12的底部，用以驅動待加熱托盤202上升或下降，以使待加熱托盤202與基座12的上表面彼此接觸或脫離，具體地，第二驅動機構302包括第二頂針802和與之連接的第二驅動源902，在第二驅動源902的驅動下，第二頂針802穿過設置在基座12上且與第二頂針802的位置相對應的通孔，并上升或下降，以使其頂端高于或低于基座12的上表面。
[0039]下面對采用熱傳導的方式加熱待加熱托盤的腔室的托盤加熱過程進行詳細地描述。
[0040]具體地，機械手等的托盤傳輸裝置將待加熱托盤202傳輸至腔室100中的托盤原始位置(在本實施例中，加熱位置即為基座12的上表面，相應地，托盤原始位置位于基座12的上方的預定位置處)；在第二驅動源902的驅動下，第二頂針802上升，直至第二頂針802的頂端托起待加熱托盤202，以使其脫離機械手；空載的機械手移出腔室100 ;載有待加熱托盤202的第二頂針802下降，直至待加熱托盤202與基座12的上表面相接觸，以借助基座12將發熱元件所產生的熱量向待加熱托盤202傳導；待加熱完成后，機械手移入腔室100內且位于托盤原始位置；第二頂針802上升，直至托起托盤202，以使其自基座12的上表面脫離，即，使托盤202位于托盤原始位置；機械手移入腔室100內且位于托盤202的底部；第二頂針802下降，直至托盤202置于機械手上；載有托盤202的機械手移出腔室100，從而完成對托盤加熱的整個過程。
[0041]由上可知，通過在腔室100內同時設置加熱單元和冷卻壁，并采用第一驅動機構301和第二驅動機構302分別或同時將待冷卻托盤201和待加熱托盤202傳輸至相應的冷卻位置和加熱位置，可以實現同一時間分別對待冷卻托盤201和待加熱托盤202進行冷卻和加熱，從而可以縮短工藝周期，進而提高工藝效率。
[0042]需要說明的是，本實施例是以冷卻壁為腔室100的腔室底壁的腔室為例，而當冷卻壁為設置在腔室100中的冷卻部件11時，加熱單元同樣可以采用熱輻射和熱傳導的加熱方式對待加熱托盤202進行加熱。而且，加熱單元與冷卻部件11的位置關系可以采用如下幾種方式。
[0043]具體地，圖5a為本發明第二實施例提供的再一種用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖。圖5b為本發明第二實施例提供的又一種用于調節托盤溫度的腔室的結構簡圖。第一種方式如圖5a所示，冷卻部件11位于基座12的上方，即，冷卻部件11位于靠近腔室100內的頂部，而基座12位于靠近腔室100的底部，并且相應的，第一驅動機構301和第二驅動機構302分別位于冷卻部件11和基座12的底部。第二種方式如圖5b所示，冷卻部件11位于基座12的下方，即，冷卻部件11位于靠近腔室100內的底部，而基座12位于靠近腔室100的頂部，并且相應的，第一驅動機構301和第二驅動機構302分別位于冷卻部件11和基座12的底部。容易理解，加熱單元的兩種加熱方式，即:熱輻射的加熱方式和熱傳導的加熱方式可以互換，并相應地根據實際的具體加熱方式設計合適的加熱位置、冷卻位置以及驅動單元的結構。
[0044]綜上所述，本實施例提供的用于調節托盤溫度的腔室，其通過借助設置于冷卻壁的底部的第一驅動機 構驅動待冷卻托盤下降或上升，可以使待冷卻托盤與冷卻壁的上表面彼此接觸或脫離，從而在冷卻壁的上表面與待冷卻托盤彼此接觸時，可以實現以熱傳導的方式對待冷卻托盤進行冷卻，這與現有技術采用熱對流的冷卻方式相比，不僅能夠提高冷卻效率，而且也無需像現有技術那樣需要向腔室內通入大量氮氣，從而能夠降低生產成本。
[0045]本發明還提供一種半導體加工設備，其包括用于調節托盤溫度的腔室，該腔室采用了上述所有實施例提供的腔室。
[0046]需要說明的是，在實際應用中，為了進一步提高冷卻效率，還可以在采用上述熱傳導的冷卻方式對待冷卻托盤進行冷卻的過程中，同時采用熱對流的方式對待冷卻托盤進行冷卻，該熱對流的冷卻方式具體為:半導體加工設備還可以包括進氣管道、排氣管道和冷卻氣源。其中，冷卻氣源用于在對待冷卻托盤進行冷卻時經由進氣管道向腔室內輸送冷卻氣體；排氣管道用于排出腔室內的冷卻氣體。冷卻氣體可以為氮氣、氦氣等。
[0047]本實施例提供的半導體加工設備，其通過采用本實施例提供的用于調節托盤溫度的腔室，不僅可以提高冷卻效率，而且無需像現有技術那樣需要向腔室內通入大量氮氣，從而可以降低生產成本。
[0048]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況 下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，包括設置在所述腔室內的冷卻壁和第一驅動機構，其中 所述第一驅動機構設置于所述冷卻壁的底部，用以驅動待冷卻托盤下降或上升，以使所述待冷卻托盤與所述冷卻壁的上表面彼此接觸或脫離； 所述冷卻壁用于在其與所述待冷卻托盤彼此接觸時對所述待冷卻托盤進行冷卻。
2.根據權利要求1所述的用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，所述冷卻壁為所述腔室的腔室壁，并且在所述腔室壁中設置有冷卻水管道。
3.根據權利要求1所述的用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，所述冷卻壁為設置于所述腔室內的冷卻部件。
4.根據權利要求3所述的用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，在所述冷卻部件中設置有第一冷卻水管道，并且在所述腔室的腔室壁中設置有第二冷卻水管道，所述第一冷卻水管道與第二冷卻水管道相互連通或者相互獨立。
5.根據權利要求1-4任意一項權利要求所述的用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，所述第一驅動機構包括第一頂針和與之連接的第一驅動源，在所述第一驅動源的驅動下，所述第一頂針貫穿所述冷卻壁，并上升或下降，以使其頂端高于或低于所述冷卻壁的上表面。
6.根據權利要求1所述的用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，所述腔室還包括加熱單元和第二驅動機構，其中 所述加熱單元設置于所述腔室內，用以采用熱輻射的方式朝向待加熱托盤輻射熱量； 所述第二驅動機構包括第二頂針和與之連接的第二驅動源，在所述第二驅動源的驅動下，所述第二頂針的頂端承載所述待加熱托盤上升或下降。
7.根據權利要求1所述的用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，所述腔室還包括加熱單元和第二驅動機構，其中 所述加熱單元包括基座以及設置在所述基座內的用于提供熱量的發熱元件； 所述第二驅動機構設置在所述腔室內且位于所述基座的底部，用以驅動所述待加熱托盤上升或下降，以使所述待加熱托盤與所述基座的上表面彼此接觸或脫離。
8.根據權利要求7所述的用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，所述第二驅動機構包括第二頂針和與之連接的第二驅動源，在所述第二驅動源的驅動下，所述第二頂針貫穿所述基座，并上升或下降，以使其頂端高于或低于所述基座的上表面。
9.一種半導體加工設備，包括用于調節托盤溫度的腔室，其特征在于，所述腔室采用權利要求1-8任意一項權利要求所述的用于調節托盤溫度的腔室。
10.根據權利要求9所述的半導體加工設備，其特征在于，所述半導體加工設備還包括進氣管道、排氣管道和冷卻氣源，其中 所述冷卻氣源用于在對所述待冷卻托盤進行冷卻時經由所述進氣管道向所述腔室內輸送冷卻氣體； 所述排氣管道用于排出所述腔室內的冷卻氣體。
【文檔編號】C23C14/22GK103898448SQ201210578449
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優先權日:2012年12月27日
【發明者】邱國慶 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司