晶圆冷却室及半导体设备的制作方法

本实用新型涉及半导体制造领域，特别是涉及一种晶圆冷却室及半导体设备。

背景技术：

半导体芯片制造过程中，温度管控是一个非常重要的工作。温度不仅在晶圆的工艺生产过程中发挥重要影响，而且在相关制程工艺结束后，对晶圆上的器件性能影响仍然“发挥余热”。比如，刚从干刻腔室、气相沉积腔室或炉管腔室等高温制程腔室移出的晶圆，由于晶圆上各处分布的器件密度不同，使得晶圆表面各处的温度呈现出差异，如果不及时解决这种温度差异而让晶圆自然暴露在大气环境中，那晶圆表面就可能因热胀冷缩等原因导致器件性能下降甚至失效，而且还可能造成晶圆污染。因而晶圆从高温制程腔室移出之后，通常需要送到冷却室进行冷却。传统的冷却室如图1所示，虽然现有的冷却室可同时对多片晶圆进行降温冷却，但是多片晶圆在降温过程中会产生相互的热干扰，而且位于中间位置的晶圆散热比较差，导致晶圆间出现温度差异，给后续工艺带来诸多不便。此外，现有的多片式处理冷却室的晶圆放置架11是固定的，因而一旦晶圆在移动的过程中出现位置偏差，晶圆就极有可能和冷却室发生碰撞，导致晶圆破损。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种晶圆冷却室及半导体设备，用于解决现有技术中因冷却室的晶圆放置架固定，一旦晶圆位置出现偏差时容易与冷却室发生碰撞，导致晶圆破碎，且多片晶圆在散热过程中容易出现热干扰及散热不均等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种晶圆冷却室，包括用于容纳晶圆的冷却腔室、多个传动装置及用于支撑晶圆的多个夹持架，所述冷却腔室上设置有晶圆进出口和排气口；多个所述传动装置位于所述冷却腔室的至少两个侧壁上，多个所述传动装置一一对应连接至多个驱动装置；多个所述夹持架与所述多个传动装置一一对应设置，所述夹持架包括连接杆和滚轮，所述连接杆的一侧与所述传动装置相连接，所述连接杆的另一侧与所述滚轮相连接，所述滚轮上设置有夹持晶圆的凹槽。

可选地，所述传动装置包括旋转盘，所述驱动装置包括伺服电机。

可选地，所述传动装置和所述夹持架的数量至少分别包括4个，所述传动装置和所述夹持架两两分布于与所述晶圆进出口相邻的两个相对的侧壁上。

可选地，所述滚轮的凹槽表面包括弹性材料层。

可选地，所述晶圆进出口和所述排气口位于所述冷却腔室相对的两侧，且和所述传动装置不在同一侧。

可选地，所述晶圆冷却室还包括用于检测晶圆位置的多个传感器，位于所述冷却腔室的多个侧壁上。

可选地，所述传感器包括光电传感器、距离传感器或CCD传感器。

可选地，所述晶圆冷却室还包括冷气入口，位于所述冷却腔室的侧壁上。

可选地，所述晶圆冷却室包括多个冷却腔室，多个所述冷却腔室上下依次叠置。

更可选地，多个所述冷却腔室通过螺纹连接。

本实用新型还提供一种半导体设备，所述半导体设备包括如上述任一方案中所述的晶圆冷却室、中转腔室及制程腔室，所述中转腔室连接于所述晶圆冷却室和所述制程腔室之间。

如上所述，本实用新型的晶圆冷却室，具有以下有益效果：本实用新型的晶圆冷却室，利用多个与连接杆相连接的滚轮来夹持晶圆，在驱动装置的驱动下，滚轮和连接杆可在传动装置的带动下进行位置移动，因而在晶圆位置发生偏移的情况下，通过所述滚轮和连接杆的移动可对晶圆位置进行缓冲和校正，确保晶圆始终保持在既定位置，避免晶圆和冷却腔室发生碰撞，从而可以有效避免晶圆碎片等问题。同时，本实用新型的晶圆冷却室对晶圆进行单片式处理，可以有效提高晶圆的散热效果，为后续工艺打下良好的基础，且可以有效避免不同晶圆之间的热干扰。此外，本实用新型的晶圆冷却室还可以在晶圆进出冷却腔室的过程中对晶圆位置进行检测，同时通过多个冷却腔室的叠置以实现对多片晶圆的同时冷却，极大提高生产效率。采用本实用新型的半导体设备，可以在制程反应结束后立即对晶圆进行冷却，有利于减少晶圆污染，提升生产良率。

附图说明

图1显示为现有技术的晶圆冷却室的结构示意图。

图2显示为本实用新型的晶圆冷却室的平面结构示意图。

图3显示为本实用新型的晶圆冷却室的主视图。

图4及图5显示为本实用新型的晶圆冷却室的截面结构示意图。

图6显示为本实用新型的半导体设备的结构示意图。

元件标号说明

10 晶圆

11 晶圆放置架

20 晶圆冷却室

21 冷却腔室

211 晶圆进出口

212 排气口

22 传动装置

231 连接杆

232 滚轮

24 传感器

31 制程腔室

32 中转腔室

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图2至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。且出于使图面简洁的目的，本说明书的图示中对同样的结构一般不做重复标记。

如图2至图5所示，本实用新型提供一种晶圆冷却室20，包括用于容纳晶圆10的冷却腔室21、多个传动装置22及用于支撑所述晶圆10的多个夹持架，所述冷却腔室21上设置有晶圆进出所述冷却腔室21的晶圆进出口211和用于排气的排气口212，且所述晶圆进出口211和所述排气口212不在同一侧；多个所述传动装置22位于所述冷却腔室21的至少两个侧壁上，多个所述传动装置22一一对应连接至多个驱动装置(未图示)，即单个所述传动装置22与单个所述驱动装置相连接，以在对应的所述驱动装置的驱动下进行传动作业；所述多个夹持架与所述多个传动装置22一一对应设置，即单个所述传动装置22对应与单个所述夹持架相连接，所述夹持架包括连接杆231和滚轮232，所述连接杆231的一侧与所述传动装置22相连接，所述连接杆231的另一侧与所述滚轮232相连接，所述滚轮232上设置有夹持所述晶圆10的凹槽，通过所述凹槽的夹持可以避免所述晶圆10从所述滚轮232上脱落。本实用新型的晶圆冷却室20，利用多个与所述连接杆231相连接的所述滚轮232来夹持所述晶圆10，所述滚轮232和所述连接杆231可在所述传动装置22的带动下进行位置移动，因而在所述晶圆10位置发生偏移的情况下，通过所述滚轮232和所述连接杆231的移动可对所述晶圆10进行位置校正，确保所述晶圆10始终保持在既定位置，避免所述晶圆10和所述冷却腔室21发生碰撞，从而可以有效避免晶圆碎片等问题。同时，本实用新型的晶圆冷却室对晶圆进行单片式处理，可以避免不同晶圆之间的热干扰，且可以有效提高晶圆的散热效果，为后续工艺打下良好的基础。

作为示例，所述晶圆进出口211与所述冷却腔室21的侧壁等面积，即所述冷却腔室21的其中一侧是完全敞开的。将所述晶圆进出口211设置为与所述冷却腔室21的侧壁等面积有利于减小所述冷却腔室21的空间；当然，在其他示例中，所述晶圆进出口211的面积也可以小于所述冷却腔室21的侧壁，即所述晶圆进出口211仅是所述侧壁上的一个区域，此时需将所述冷却腔室21的空间设置地大一些，避免所述晶圆10通过所述晶圆进出口211时与所述晶圆进出口211所在的侧壁发生碰撞。作为示例，所述排气口212连接至一排气泵(未图示)，以在所述晶圆10放置于所述冷却腔室21的过程中，启动所述排气泵对所述晶圆10进行散热，同时可以排出颗粒杂质，以对所述冷却腔室21进行净化。所述冷却腔室21的形状可以根据需要设置，比如，可以将所述冷却腔室21设置成低矮的长方体，高度小于20cm，而长度和宽度均大于所述晶圆10的直径，比如为所述晶圆10直径的1.2倍～2倍之间，以在即便所述晶圆10的位置出现偏差时也不会与所述冷却腔室21发生碰撞，而长方体结构可以使所述冷却腔室21的结构更紧凑。当然，在其他示例中，也可以将所述冷却腔体设置为具有较大的所述晶圆进出口211，自所述晶圆进出口211向内所述冷却腔体的横截面面积逐渐缩小的梯形体，以利于所述晶圆10的进出，比如如图3所示。所述冷却腔体还可以有其他结构设置，本实施例中不做严格限制。

作为示例，所述传动装置22包括旋转盘，所述驱动装置包括伺服电机。更具体地，所述旋转盘为伺服转盘，所述连接杆231的一端连接至所述伺服转盘上，在所述驱动电机的驱动下通过所述伺服转盘带动所述连接杆231旋转以进行位置移动。多个所述驱动装置的型号优选完全一样，且每次动作的角度和速度都一致，以确保所述晶圆10在移动过程中不会发生偏移。当然，在其他示例中，所述传动装置22和所述驱动装置还可以有其他选择，本实施例中不做严格限制。图2中的箭头方向示意了所述冷却腔室21内的气流方向。

所述传动装置22和所述夹持架的数量可以为2个或2个以上，但至少应位于所述冷却腔室20的两个侧壁上，以在夹持所述晶圆10的过程中使所述晶圆10保持水平。作为示例，所述传动装置22和所述夹持架的数量至少分别包括4个，所述传动装置22和所述夹持架两两分布于与所述晶圆进出口211相邻的两个相对的侧壁上，即单个侧壁上分布有2个所述传动装置22和两个所述夹持架，且位于相对的两个侧壁上的所述夹持架位于同一水平面上以确保在夹持所述晶圆10的过程中使所述晶圆10保持水平状态。所述夹持架在所述传动装置22的带动下可进行移动，从而在所述晶圆10位置发生偏移时可对所述晶圆10的位置进行校正。具体地，所述晶圆10被一机械手臂送入所述冷却腔室21的过程中，所述晶圆10先滑入距离所述晶圆进出口211最近的所述滚轮232的所述凹槽中，然后再水平移动并逐渐滑入其他所述滚轮232的所述凹槽中，直至最终整个所述晶圆10被多个所述滚轮232的凹槽夹持固定。所述晶圆10在所述冷却腔室21内放置的情况如图4所示。

作为示例，所述滚轮232的凹槽表面包括弹性材料层，以起到缓冲作用，减少所述滚轮232和所述晶圆10的摩擦，以避免对所述晶圆10造成损伤。作为示例，所述弹性材料层包括特氟龙等合成树脂层或橡胶层，且所述弹性材料层可以不止位于所述凹槽表面，比如还可以位于所述滚轮232的全表面，或者直接采用由弹性材料制成的滚轮，重要的是确保所述滚轮232与所述晶圆10接触的表面为弹性材料即可。

作为示例，所述晶圆进出口211和所述排气口212位于所述冷却腔室21相对的两个侧壁上，且和所述传动装置22不在同一侧壁上，以避免对所述晶圆10的进出造成干扰。

作为示例，所述晶圆冷却室20还包括用于检测所述晶圆10位置的多个传感器24，位于所述冷却腔室21的多个侧壁上，且优选位于与所述晶圆进出口211相邻的两个侧壁上，以在所述晶圆10通过所述晶圆进出口211进入所述冷却腔室21的过程中，以及在所述晶圆10完成冷却后，通过所述晶圆进出口211离开所述冷却腔室21的过程中都可以对所述晶圆10的位置进行检测。且进一步地，还可以设置与多个所述传感器24相连接的报警装置(未图示)，以在所述传感器24检测到所述晶圆10的位置发生严重偏差时能产生报警信息，提醒工作人员尽快采取应对措施，当然，本领域人员易于理解的是，所述传感器24在使用之前通常需初始化，初始化的过程通常包括设定晶圆位置的初始值，因而经初始化后的所述传感器24能够将检测到的所述晶圆10的实际位置与晶圆位置的初始值进行比较以判断所述晶圆10的位置是否发生偏移。所述传感器24可以是2个，3个或者更多个，多个所述传感器24分布于所述冷却腔室21的多个侧壁上。作为示例，所述传感器24包括光电传感器、距离传感器或CCD传感器，利用不同的原理检测所述晶圆10的位置是否发生偏移，比如，通过测量所述晶圆10与所述传感器24的相对位置可以判断所述晶圆10位置是否出现了偏差。由于以上各种传感器24的使用方法为业内人员所熟知，故本实施例中不做展开。

所述晶圆冷却室20可以对所述晶圆10进行自然冷却，因而无需借助外来散热介质，可以简化设备结构。但本实施例中，做为示例，所述晶圆冷却室20还包括冷气入口(未图示)，位于所述冷却腔室21的侧壁上，所述冷气入口连接至一冷却气体源，以向所述冷却腔室21内喷入冷却气体以对所述晶圆10进行快速冷却，缩短冷却时间。理论上所述冷却入口可以位于所述冷却腔室21的任一侧壁上，但如果所述冷却腔室21是单一腔室，则优选将所述冷却入口设置于所述冷却腔室21的顶部及/或底部，便于从所述晶圆10的正面及/或背面喷入冷却气体。当然，所述冷气入口的位置还可以有其他选择，本实施例中不做严格限制。

作为示例，所述晶圆冷却室20包括多个冷却腔室21，多个冷却腔室21上下依次叠置以实现同时对多片晶圆进行冷却，具体如图5所示，且作为示例，多个所述冷却腔室21通过螺纹连接，因而根据需要可以增减所述冷却腔室21的数量。当多个所述冷却腔室21上下叠置时，各个所述冷却腔室21可以是各自完全独立的结构，这样便于所述冷却腔室21的独立运用。当然，上下相邻的两个所述冷却腔室21也可以在相邻的面上共用一个侧壁，有利于结构的简化。且在多个所述冷却腔室21上下叠置时，各个所述冷却腔室21的所述传感器24优选独立设置，即不同的所述冷却腔室21的所述传感器24不共用，避免相互干扰。

本实用新型的晶圆冷却室20可以用于任何刚完成高温工艺处理的晶圆的冷却，比如干刻工艺、气相沉积工艺或者扩散工艺等处理后的晶圆冷却，因而本实用新型还提供一种半导体设备，所述半导体设备包括如上述任一方案中所述的晶圆冷却室20及制程腔室31、中转腔室32，所述中转腔室32连接于所述晶圆冷却室20和所述制程腔室31之间，且多个所述制程腔室31可以共用一个所述晶圆冷却室20，或者多个所述晶圆冷却室20可以上下叠置以同时进行多片晶圆的冷却，具体如图6所示，通过这样的设计，可以极大提高设备的集成度，有利于优化半导体制造厂内的空间布局，有助于生产流程的改善。所述制程腔室31可以是干刻刻蚀腔室、气相沉积腔室或扩散腔室等，在所述制程腔室31内完成工艺处理的晶圆通过所述中转腔室32的中转送至所述晶圆冷却室20中进行冷却，避免所述晶圆10与大气环境接触，有助于减少所述晶圆10污染，且有效提升所述晶圆10的散热效果，为后续工艺打下良好的基础，有助于提高生产良率和生产效率，冷却后的所述晶圆10最终可通过所述中转腔室32移出以进入下一个站点。本实施例中未提及的其他结构均与现有技术中的结构相同，出于简洁的目的不做展开说明。

综上所述，本实用新型提供一种晶圆冷却室，包括用于容纳晶圆的冷却腔室、多个传动装置及用于支撑晶圆的多个夹持架，所述冷却腔室上设置有晶圆进出口和排气口，所述晶圆进出口和所述排气口位于所述冷却腔室的不同侧；多个所述传动装置位于所述冷却腔室的至少两个侧壁上，多个所述传动装置一一对应连接至多个驱动装置；多个所述夹持架与多个所述传动装置一一对应设置，所述夹持架包括连接杆和滚轮，所述连接杆的一侧与所述传动装置相连接，所述连接杆的另一侧与所述滚轮相连接，所述滚轮上设置有夹持晶圆的凹槽。本实用新型的晶圆冷却室，利用多个与连接杆相连接的滚轮来夹持晶圆，滚轮和连接杆可在传动装置的带动下进行位置移动，因而在晶圆位置发生偏移的情况下，通过所述滚轮和连接杆的移动可对晶圆位置进行校正及缓冲，避免晶圆和冷却腔室发生碰撞，确保晶圆始终处于既定位置，从而可以有效避免晶圆碎片等问题。同时，本实用新型的晶圆冷却室对晶圆进行单片式处理，可以有效提高晶圆的散热效果，为后续工艺打下良好的基础。此外，本实用新型的晶圆冷却室还可以在晶圆进出冷却腔室的过程中对晶圆进行位置检测，同时通过多个冷却腔室的叠置可以实现对多片晶圆的同时冷却，有效提高生产效率。采用本实用新型的半导体设备，可以在制程反应结束后及时对晶圆进行冷却，避免晶圆与大气环境接触，有利于减少晶圆污染，提高生产良率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。