[发明专利]冷却腔室及半导体加工设备

说明书

本发明提供一种冷却腔室及半导体加工设备，其包括承载装置、透视窗、反射镜和红外测温器，其中，透视窗设置在冷却腔室的腔室壁上，被加工工件辐射出的红外光线经由透视窗照射至反射镜上；反射镜设置在冷却腔室的外侧，用以将照射至反射镜上的红外光线反射至红外测温器；红外测温器用于接收由反射镜反射而来的红外光线，并根据红外光线的强度进行计算，而获得被加工工件的温度。本发明提供的冷却腔室，其可以避免因冷却速度过快或过慢而造成的晶片破裂或者薄膜质量恶化或者设备产能低下的问题。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种冷却腔室及半导体加工设备。

背景技术

PVD作为一种薄膜沉积技术主要用于各种功能薄膜的沉积，该技术被广泛应用于集成电路、LED、平板显示等泛半导体领域。在进行PVD工艺的过程中，首先需要通过将晶片传输至预热腔室中进行加热，以使晶片的温度达到工艺温度，或者直接在反应腔室内将晶片加热至工艺温度，然后在反应腔室内完成薄膜溅射工艺。当工艺结束后，晶片仍处于高温状态，若此时将其传输至装卸腔，并直接由操作人员取出，会存在以下两种风险：一是高温晶片可能会烫伤操作人员；二是高温晶片会被大气中的氧气快速氧化，影响薄膜质量。为此，当工艺结束后，通常需要将高温晶片传输至冷却腔室进行冷却，待晶片的温度降低至接近室温时，再将晶片自冷却腔室传输至装卸腔室内的片盒中，并由操作人员将该片盒取出，以进行后续工艺。

在冷却腔室中，为了实现快速降温，通常采用水冷或者氮气吹扫的方式来加速晶片降温。然而，冷却速度也不能过快，否则会因晶片表面温差过大而造成晶片破裂或者薄膜质量恶化；冷却速度也不能过慢，否则会影响设备产能。因此，若能够准确预知晶片的降温过程，则可以通过调节冷却水(例如冷却水的流量和温度)或者氮气吹扫时的腔室压强而使得晶片能够以合理的速度降温。

现有的一种测量晶片温度的方法是在将晶片传输至冷却腔室冷却预设的冷却时间之后，将晶片传出，并利用测温枪或者热电偶等测量晶片的温度，以确定冷却时间是否合适，若出现冷却时间过长或过短的问题，则可以通过调节冷却水的流量和温度或者氮气吹扫时的腔室压强，来缩短或延长冷却时间。调节完成后，还需要反复进行多次实验确定冷却时间，直至该冷却时间能满足工艺对晶片温度和设备产能的要求。

上述测量晶片温度的方法在实际应用中不可避免地存在以下问题：

由于在冷却晶片的过程中，只能在冷却完成之后自腔室内取出晶片之后才能进行晶片温度的检测，而无法实时获得晶片温度和冷却速度，这使得冷却时间只能操作人员的经验而确定，从而往往存在冷却时间设置得过长或过短的情况。而且，由于需要反复进行多次实验确定冷却时间，实验过程复杂，效率较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种冷却腔室及半导体加工设备，其可以避免因冷却速度过快或过慢而造成的晶片破裂或者薄膜质量恶化或者设备产能低下的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种冷却腔室，包括设置在所述冷却腔室内的承载装置，用于承载被加工工件，还包括透视窗、反射镜和红外测温器，其中，所述透视窗设置在所述冷却腔室的腔室壁上，所述被加工工件辐射出的红外光线经由所述透视窗照射至所述反射镜上；所述反射镜设置在所述冷却腔室的外侧，用以将照射至所述反射镜上的所述红外光线反射至所述红外测温器；所述红外测温器用于接收由所述反射镜反射而来的所述红外光线，并根据所述红外光线的强度进行计算，而获得所述被加工工件的温度。

优选的，所述承载装置包括片盒和片盒驱动装置，其中，所述片盒用于承载多个被加工工件，且多个被加工工件沿竖直方向间隔设置；所述片盒驱动装置用于驱动所述片盒沿竖直方向上升或下降，以使所述片盒中的各个被加工工件逐一位于测温基准位置；所述测温基准位置为所述被加工工件所在位置满足由其辐射出的红外光线经由所述透视窗照射至所述反射镜上，并被所述反射镜反射至所述红外测温器。

优选的，所述测温基准位置与所述冷却腔室的底壁之间的竖直间距采用以下公式获得：