[发明专利]用于调节托盘温度的腔室及半导体加工设备

说明书

技术领域

本发明属于物理气相沉积技术领域，具体涉及一种用于调节托盘温度的腔室及半导体加工设备。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)系统常用于在基片上制备薄膜。PVD系统一般包括传输腔、预热腔和工艺腔。其中，在传输腔内设有机械手，用以对承载有基片的托盘进行传送；预热腔用于对基片进行加热，以使其达到工艺所需的温度，加热温度一般在250℃-300℃之间；工艺腔用于对已加热的基片进行沉积薄膜，通过将基片加热至工艺所需的温度，可以在基片上得到导电性较好、透过率较高的薄膜层。完成薄膜沉积的基片被传送到料盒中，再人工取出。在此过程中，由于托盘温度较高，容易造成取片人员烫伤等，所以一般需要在工艺完成后进行托盘冷却。

现有技术中采用的对托盘冷却的方法是在预热腔中连续充入N₂，再不断抽走，即采用热对流的方式对托盘冷却。图1为现有技术中采用热对流方式冷却托盘的预热腔的结构示意图。如图1所示，预热腔1包括加热单元(图中未画出)、加热升降装置3、进气管道6和真空排气管道7。其中，加热单元设置于预热腔1内的顶部，用以采用热辐射的方式加热置于托盘2上的基片；加热升降装置3设置于加热单元的下方，其包括顶针8和与之连接的驱动源9，在驱动源9的驱动下，顶针8能够上升或下降；进气管道6与氮气源连接，用以在对托盘2冷却时连续向预热腔1中充入氮气；真空排气管道7用于排出预热腔1中的氮气。此外，为了避免因加热造成的预热腔1过热，在腔室壁上设计有冷却水道，冷却水经过进水口4进入，流经预热腔室壁后从出水口5流出，保证在加热过程中将预热腔1的温度控制在合理的范围内。预热腔1的工作过程包括以下两个过程：（1）托盘加热过程，机械手（图中未画出）将托盘2从传输腔（图中未画出）传入预热腔1内位于加热单元下方的位置；驱动源9驱动顶针8上升，直至顶起托盘2，以使托盘2脱离机械手；空载的机械手返回传输腔；驱动源9驱动顶针8继续上升，以使托盘2到达相应的加热位置；加热单元对托盘2进行加热；加热完成后，机械手进入预热腔1内位于加热单元下方的位置；驱动源9驱动顶针8下降，直至使托盘2落在机械手上；机械手将托盘2传入工艺腔（图中未画出）进行薄膜工艺。（2）托盘冷却过程，将完成薄膜工艺的托盘2再次传入预热腔1中；氮气源经由进气管道6向预热腔1中连续充入N₂，同时通过真空排气管道7不断抽走完成热对流后的N₂，即：采用热对流的方式对托盘2进行冷却。

尽管上述预热腔1在实际应用中广为使用，但是其仍然不可避免地存在以下问题：

其一，由于热对流的冷却方式传热效率较低，这不仅导致冷却时间长、工艺效率低，而且还会因需要大量的氮气才能够将托盘冷却至理想的温度而导致生产成本增加。

其二，由于上述预热腔只能对置于其中的一个托盘实施加热或冷却处理，因而导致工艺周期长、工艺效率低。

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，提出了一种用于调节托盘温度的腔室及半导体加工设备，其可以在同一时间对置于其中的不同托盘分别进行加热和冷却，从而可以缩短工艺周期，进而可以提高工艺效率；并且其可以采用热传导的方式对托盘进行冷却，从而可以提高冷却效率，降低生产成本。

本发明提供一种用于调节托盘温度的腔室，包括加热单元、冷却单元和驱动单元，其中，所述驱动单元用于同时或分别驱动待加热托盘和待冷却托盘移动，以使二者同时或分别位于预设的加热位置和冷却位置；所述加热单元用于在所述待加热托盘位于所述加热位置时对 所述托盘进行加热；所述冷却单元用于在所述待冷却托盘位于所述冷却位置时以热传导的方式对所述托盘进行冷却。

其中，所述冷却单元为所述腔室的腔室壁，在所述腔室壁中设置有冷却水管道；所述驱动单元包括第一驱动机构，所述第一驱动机构设置于所述腔室壁的底壁的下方，用以驱动所述待冷却托盘下降或上升，以使所述托盘与所述腔室壁的底壁的上表面彼此接触或脱离。

其中，所述冷却单元为设置于所述腔室内的冷却壁，在所述冷却壁中设置有冷却水管道；所述驱动单元包括第一驱动机构，所述第一驱动机构设置于所述冷却壁的下方，用以驱动所述待冷却托盘下降或上升，以使所述托盘与所述冷却壁的上表面彼此接触或脱离。

其中，所述第一驱动机构包括第一顶针和与之连接的第一驱动源，在所述第一驱动源的驱动下，所述第一顶针上升或下降，以使其顶端高于或低于所述冷却单元的上表面。