本發(fā)明涉及半導體制造領域，具體地，涉及一種冷卻腔室及半導體加工設備。

背景技術：

物理氣相沉積(pvd)技術是半導體工業(yè)中最廣為使用的一類薄膜制造技術，泛指采用物理方法制備薄膜的薄膜制備工藝。在pvd工藝中，多數(shù)薄膜的沉積需要基座對晶片進行冷卻或者加熱，其效率對于沉積薄膜的質(zhì)量有著至關重要的作用。

在高溫工藝結(jié)束之后，用于承載晶片的托盤在從工藝腔室傳出之后，并暴露在大氣環(huán)境中之前，需要在真空中將自身溫度降低至較低的溫度，以保證沉積薄膜的質(zhì)量并方便操作人員的操作。為了能夠在使托盤降低至合理溫度的同時，又不影響設備的產(chǎn)能，這就要求對托盤的冷卻時間、冷卻方式有合理的規(guī)劃。

圖1為現(xiàn)有的冷卻腔室的結(jié)構示意圖。如圖1所示，冷卻腔室由腔體102和上蓋101限定而成。其中，分別在腔體102和上蓋101內(nèi)設置有冷卻通道(圖中未示出)，并且在腔體102的底部設置有第一接入塊103，用以向腔體102內(nèi)的冷卻通道內(nèi)通入冷卻水，并回收自冷卻通道排出的冷卻水。而且，在上蓋101的頂部設置有第二接入塊106，用以向上蓋101內(nèi)的冷卻通道內(nèi)通入冷卻水，并回收自冷卻通道排出的冷卻水。此外，在腔體102內(nèi)還設置有用于承載托盤的托盤托架105，以及用于驅(qū)動該托盤托架105上升或下降的升降機構104。當pvd工藝結(jié)束后，機械手將托盤從工藝腔室傳出，并傳入上述冷卻腔室中，放置于托盤托架105上；然后通過升降機構104驅(qū)動托盤上升或者下降至合適的冷卻位置。由于在腔體102和上蓋101內(nèi)均有水路流通，冷卻腔室的內(nèi)部溫度低于托盤的溫度，這使得托盤 的熱量會散發(fā)，并被冷卻腔室吸收，再通過在冷卻通道中流通的水將其熱量帶走，從而托盤會逐步降溫。

但是，由于受到腔體102和上蓋101自身材料(通常為鋼)的吸熱性能的限制，冷卻腔室的吸熱效率較低，導致托盤的降溫速度緩慢，從而無法滿足設備的產(chǎn)能需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一，提出了一種冷卻腔室及半導體加工設備，其可以提高對托盤的冷卻效率，從而可以提高設備的產(chǎn)能。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種冷卻腔室，在所述冷卻腔室的腔室壁內(nèi)設置有第一冷卻通道，通過向所述第一冷卻通道內(nèi)通入冷卻媒介，來冷卻所述腔室壁；并且，在所述冷卻腔室內(nèi)設置有用于承載托盤的托架，所述托盤用于承載被加工工件，在所述冷卻腔室的腔室壁的至少部分內(nèi)表面形成有黑色氧化層。

優(yōu)選的，制作所述冷卻腔室的腔室壁的材料包括鋁；所述黑色氧化層采用對所述腔室壁的至少部分內(nèi)表面進行黑色陽極氧化處理的方式形成。

優(yōu)選的，在所述冷卻腔室內(nèi)，且位于所述托架的下方還設置有冷卻盤，所述冷卻盤的上表面高于所述腔室壁的底壁的上表面；在所述冷卻盤內(nèi)設置有第二冷卻通道，通過向所述第二冷卻通道內(nèi)通入冷卻媒介，來冷卻所述冷卻盤。

優(yōu)選的，在所述腔室壁的底壁上設置有沿其厚度貫穿的通孔；在所述腔室壁的底壁的下表面設置有安裝法蘭，所述安裝法蘭封閉所述通孔；并且，在所述安裝法蘭上，且位于所述通孔內(nèi)設置有安裝塊，所述冷卻盤固定在所述安裝塊的頂部。

優(yōu)選的，在所述安裝法蘭的底部設置有第一接入塊，在所述第一接入塊內(nèi)設置有入流接口和出流接口，二者與所述第二冷卻通道連接，分別用于輸入和輸出所述第二冷卻通道內(nèi)的冷卻媒介。

優(yōu)選的，在所述冷卻腔室內(nèi)，且位于所述托架的下方還設置有 冷卻盤，所述冷卻盤的上表面高于所述腔室壁的底壁的上表面；所述冷卻盤與所述腔室壁的底壁相接觸。

優(yōu)選的，在所述冷卻盤的上表面形成有黑色氧化層。

優(yōu)選的，制作所述冷卻盤的材料包括鋁；所述黑色氧化層采用對所述冷卻盤的上表面進行黑色陽極氧化處理的方式形成。

優(yōu)選的，在所述冷卻腔室的腔室壁上分別設置有進氣通道和排氣通道，其中，所述進氣通道用于向所述冷卻腔室的內(nèi)部輸送冷卻氣體；所述排氣通道用于排出所述冷卻腔室內(nèi)的冷卻氣體。

優(yōu)選的，所述第一冷卻通道設置在所述腔室壁的側(cè)壁和底壁內(nèi)；在所述腔室壁的頂壁內(nèi)設置有第三冷卻通道，通過向所述第三冷卻通道內(nèi)通入冷卻媒介，來冷卻所述頂壁。

優(yōu)選的，在所述腔室壁的底壁上設置有第二接入塊，在所述第二接入塊內(nèi)設置有入流接口和出流接口，二者與所述第一冷卻通道連接，分別用于輸入和輸出所述第一冷卻通道內(nèi)的冷卻媒介；在所述腔室壁的頂壁上設置有第三接入塊，在所述第三接入塊內(nèi)設置有入流接口和出流接口，二者與所述第三冷卻通道連接，分別用于輸入和輸出所述第三冷卻通道內(nèi)的冷卻媒介。

優(yōu)選的，在所述托架的底部設置有升降機構，用于驅(qū)動所述托架上升或下降。

優(yōu)選的，所述托架包括至少兩層支撐部，所述至少兩層支撐部沿豎直方向間隔設置，每層支撐部用于支撐一個所述托盤。

優(yōu)選的，所述冷卻媒介包括冷卻液或者冷卻氣體。

作為另一個技術方案，本發(fā)明還提供一種半導體加工設備，其包括工藝腔室、傳輸腔室和冷卻腔室，其中，在所述傳輸腔室內(nèi)設置有機械手，用以將完成工藝的托盤自所述工藝腔室內(nèi)傳出，并傳入所述冷卻腔室內(nèi)，所述冷卻腔室包括本發(fā)明提供的上述冷卻腔室。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的冷卻腔室，其在其腔室壁的至少部分內(nèi)表面形成有黑色氧化層，由于該黑色氧化層的黑度較高，其具有良好的吸熱性能，因此，借助黑色氧化層，可以提高對托盤的冷卻效率，從而可以 提高設備的產(chǎn)能。

本發(fā)明提供的半導體加工設備，其通過采用本發(fā)明提供的上述冷卻腔室，可以對托盤的冷卻效率，從而可以提高設備的產(chǎn)能。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的冷卻腔室的剖視圖；以及

圖2為本發(fā)明實施例提供的冷卻腔室的剖視圖。

具體實施方式

為使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明提供的冷卻腔室及半導體加工設備進行詳細描述。

圖2為本發(fā)明實施例提供的冷卻腔室的剖視圖。請參閱圖2，冷卻腔室的腔室壁包括頂壁21、側(cè)壁20和底壁30，側(cè)壁20和底壁30形成頂部具有開口的一體式腔體，頂壁21設置在該一體式腔體的頂部，封閉腔體的頂部開口。其中，在側(cè)壁20和底壁30內(nèi)設置有第一冷卻通道(圖中未示出)；在頂壁21內(nèi)設置有第三冷卻通道(圖中未示出)。而且，在冷卻腔室內(nèi)設置有用于承載托盤23的托架22，托盤23用于承載被加工工件。在本實施例中，托架22包括兩層支撐部221，兩層支撐部221沿豎直方向間隔設置，每層支撐部221用于支撐一個托盤23。當?shù)谝粋€托盤23完成第1輪工藝之后，將其傳送至冷卻腔室內(nèi)，并放置在位于上層的支撐部221上進行冷卻。當?shù)诙€托盤23完成第2輪工藝之后，將其傳送至冷卻腔室內(nèi)，并放置在位于下層的支撐部221上進行冷卻。這樣，由位于上層的支撐部221支撐的第一個托盤23可以同由位于下層的支撐部221支撐的第二個托盤23一起繼續(xù)進行冷卻。然后，在第三個托盤23完成第3輪工藝之前，將由位于上層的支撐部221支撐的第一個托盤23自冷卻腔室內(nèi)傳出。在第三個托盤23完成第3輪工藝之后，將第三個托盤23傳送至冷卻腔室內(nèi)，并放置在位于上層的支撐部221上進行冷卻，以此類循環(huán)。

在這種情況下，在托架22的底部設置有升降機構28，用于驅(qū)動 該托架22上升或下降。在升降機構28的驅(qū)動下，可以使兩層支撐部221的高度逐個與冷卻腔室用于供托盤23通過的閥口202的高度一致，以便機械手能夠自閥口202將托盤23傳入冷卻腔室內(nèi)，并放置在高度與閥口202一致的支撐部221上；或者，自高度與閥口202一致的支撐部221上取出托盤23。此外，升降機構28還用于調(diào)整托盤23的高度，以使其位于合適的冷卻位置。

當對托盤23進行冷卻時，通過分別向第一冷卻通道和第三冷卻通道內(nèi)通入冷卻媒介，來冷卻側(cè)壁20、底壁30和頂壁21。當兩層支撐部221上均放置有托盤23時，位于上層的支撐部221上的托盤23所散發(fā)的熱量被頂壁21吸收，位于下層的支撐部221上的托盤23所散發(fā)的熱量被側(cè)壁20和底壁30吸收，再分別通過第一冷卻通道和第三冷卻通道中的冷卻媒介將熱量帶走，最終使托盤23的溫度下降至所需的溫度。上述冷卻媒介包括冷卻液或者冷卻氣體。

此外，在冷卻腔室的腔室壁的整個內(nèi)表面形成有黑色氧化層，具體地，該黑色氧化層包括覆蓋在側(cè)壁20和底壁30的整個內(nèi)表面上的第一部分201和覆蓋在頂壁21的整個內(nèi)表面上的第二部分211。由于上述黑色氧化層的黑度(將灰體的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力之比定義為物體的黑度，又稱輻射率)較高，其具有良好的吸熱性能，從而在對托盤23進行冷卻時，可以提高對托盤23的冷卻效率，從而可以提高設備的產(chǎn)能。當然，在實際應用中，也可以根據(jù)具體情況在腔室壁的一部分內(nèi)表面形成上述黑色氧化層，而無需對腔室壁的整個內(nèi)表面覆蓋。

優(yōu)選的，制作冷卻腔室的腔室壁(側(cè)壁20、底壁30和頂壁21)的材料包括鋁。并且，上述黑色氧化層采用對腔室壁的至少部分內(nèi)表面進行黑色陽極氧化處理的方式形成。由于鋁的黑度較高(例如高于鋼的黑度)，而進行過強烈氧化的鋁的黑度尤其的高，因此，通過將側(cè)壁20、底壁30和頂壁21均采用鋁制作，并對二者的整個內(nèi)表面進行黑色陽極氧化處理，形成上述黑色氧化層，可以進一步提高對托盤23的冷卻效率，從而可以提高設備的產(chǎn)能。上述黑色陽極氧化處理的方式例如可以對腔室壁的至少部分內(nèi)表面進行硫酸硬質(zhì)陽極氧 化，形成氧化層。該氧化層的厚度的取值范圍在0.01～0.1mm，優(yōu)選的，氧化層的厚度為0.05mm。

需要說明的是，在實際應用中，制作冷卻腔室的腔室壁的材料還可以根據(jù)具體需要采用鋼或不銹鋼等的其他金屬或合金。并且，采用黑色陽極氧化處理或者其他任意方式在冷卻腔室的腔室壁的至少部分內(nèi)表面形成黑色氧化層。

在本實施例中，分別向第一冷卻通道和第三冷卻通道內(nèi)通入冷卻媒介的方式具體可以為：在底壁30上設置有第二接入塊29，在第二接入塊29內(nèi)設置有入流接口291和出流接口292，二者與第一冷卻通道連接，分別用于輸入和輸出該第一冷卻通道內(nèi)的冷卻媒介，從而實現(xiàn)冷卻媒介在第一冷卻通道內(nèi)的循環(huán)流動。與之相類似的，在頂壁21的頂部設置有第三接入塊30，在第三接入塊30內(nèi)設置有入流接口301和出流接口302，二者與第三冷卻通道連接，分別用于輸入和輸出第三冷卻通道內(nèi)的冷卻媒介，從而實現(xiàn)冷卻媒介在第三冷卻通道內(nèi)的循環(huán)流動。

在本實施例中，優(yōu)選的，在冷卻腔室內(nèi)，且位于托架22的下方還設置有冷卻盤24，并且在冷卻盤24內(nèi)設置有第二冷卻通道(圖中未示出)，通過向第二冷卻通道內(nèi)通入冷卻媒介，來冷卻冷卻盤24，從而可以吸收托盤23的熱量，并通過第二冷卻通道中的冷卻媒介將熱量帶走。冷卻盤24與底壁30可以相接觸，也可以不相接觸。

此外，為了保證冷卻腔室的真空度，升降機構28一般具有波紋管281，由于在波紋管281處于極限壓縮長度，即，托架22處于最低位置時，托架22與冷卻腔室的腔室壁的底壁之間仍然存在較大的豎直間距，該間距遠大于腔室壁的厚度，從而造成托盤23的熱輻射距離較遠，進而降低了托盤23的降溫速度。為此，通過使冷卻盤24的上表面高于底壁30的上表面，這可以減小托盤23的熱輻射距離，從而可以進一步提高對托盤23的冷卻效率。

優(yōu)選的，在冷卻盤24的上表面形成有黑色氧化層241，以提高冷卻盤24的吸熱性能。與冷卻腔室的腔室壁相類似的，制作冷卻盤的材料包括鋁，并且黑色氧化層241采用對冷卻盤24的上表面進行 黑色陽極氧化處理的方式形成。該方式例如可以對冷卻盤24的上表面進行硫酸硬質(zhì)陽極氧化，形成氧化層。該氧化層的厚度的取值范圍在0.01-0.1mm，優(yōu)選的，氧化層的厚度為0.05mm。

在本實施例中，上述冷卻盤24的安裝方式具體為：在底壁30上設置有沿其厚度貫穿的通孔203。在底壁30的下表面設置有安裝法蘭25，該安裝法蘭25封閉通孔203，并且在安裝法蘭25上，且位于通孔203內(nèi)設置有安裝塊26，冷卻盤24固定在安裝塊26的頂部。此外，在安裝法蘭25的底部設置有第一接入塊27，在第一接入塊27內(nèi)設置有入流接口271和出流接口272，二者與第二冷卻通道連接，分別用于輸入和輸出第二冷卻通道內(nèi)的冷卻媒介，從而實現(xiàn)冷卻媒介在第二冷卻通道內(nèi)的循環(huán)流動。

在本實施例中，優(yōu)選的，在冷卻腔室的腔室壁上分別設置有進氣通道和排氣通道，二者均未在圖2中示出，其中，進氣通道用于向冷卻腔室的內(nèi)部輸送冷卻氣體；排氣通道用于排出冷卻腔室內(nèi)的冷卻氣體。這樣，可以使冷卻腔室具有通氣和抽氣的功能，從而可以實現(xiàn)將冷卻腔室內(nèi)的壓力控制在所需的范圍內(nèi)(一般控制在10torr左右)。在冷卻托盤23的過程中，通過將冷卻氣體不斷地被輸送至冷卻腔室的內(nèi)部，同時不斷地抽出，冷卻腔室內(nèi)的冷卻氣體形成熱對流式的熱量傳導，以循環(huán)不斷地帶走托盤23的熱量，從而在冷卻腔室的腔室壁采用熱輻射的方式吸收托盤23的熱量的同時，增加了一種熱對流傳導方式，進而可以進一步提高冷卻效率。

需要說明的是，在本實施例中，冷卻腔室的腔室壁包括側(cè)壁20、底壁30和頂壁21，但是本發(fā)明并不局限于此，在實際應用中，冷卻腔室的腔室壁還可以采用其他任意結(jié)構，例如一體式結(jié)構或者其他分體式結(jié)構。冷卻通道的結(jié)構和分布方式可以根據(jù)不同的腔室壁結(jié)構作適應性的調(diào)整。

還需要說明的是，在本實施例中，托架22包括兩層支撐部221，但是本發(fā)明并不局限于此，在實際應用中，托架也可以包括三層或者四層以上的支撐部?；蛘?，托架也可以僅具有單層支撐部。

進一步需要說明的是，在實際應用中，還可以省去冷卻盤內(nèi)的 第二冷卻通道，并使冷卻盤與腔室壁的底壁相接觸，從而冷卻盤在吸收托盤23的熱量之后，通過與腔室壁的底壁之間的熱量傳遞，將熱量傳遞給腔室壁的底壁，并通過該底壁的冷卻通道中的冷卻媒介將熱量帶走。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供的冷卻腔室，其在其腔室壁的至少部分內(nèi)表面形成有黑色氧化層，由于該黑色氧化層的黑度較高，其具有良好的吸熱性能，因此，借助黑色氧化層，可以提高對托盤的冷卻效率，從而可以提高設備的產(chǎn)能。

作為另一個技術方案，本發(fā)明還提供一種半導體加工設備，其包括工藝腔室、傳輸腔室和冷卻腔室，其中，在傳輸腔室內(nèi)設置有機械手，用以將完成工藝的托盤自工藝腔室內(nèi)傳出，并傳入冷卻腔室內(nèi)。冷卻腔室采用了本發(fā)明實施例提供的上述冷卻腔室。

本發(fā)明實施例提供的半導體加工設備，其通過采用本發(fā)明實施例提供的上述冷卻腔室，可以對托盤的冷卻效率，從而可以提高設備的產(chǎn)能。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領域內(nèi)的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)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(fā)明的保護范圍。