CN106856184A - 加热基座以及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的加热基座以及半导体加工设备，包括用于加热被加工工件的加热装置，该加热装置包括基座、加热丝、冷却盘、连接筒和固定座，其中，基座用于承载被加工工件；加热丝设置在基座中；冷却盘叠置在基座的底部，用以冷却基座；固定座设置在冷却盘的下方；连接筒竖直设置，且分别与冷却盘和固定座固定连接，该连接筒包括呈回旋曲线状的筒壁，以延长连接筒的热量传导路径。本发明提供的加热基座，其可以提高加热装置的加热均匀性，从而在无需加热灯泡辅助的前提下，使被加工工件的温度均匀性达到工艺要求。

Description

加热基座以及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种加热基座以及半导体加工设备。
背景技术
在半导体加工设备中，采用加热基座(Degas腔室)进行除气的过程为：将晶片等的被加工工件加热至350℃左右，以将上道工序过程中吸附在被加工工件表面的有机物(光刻胶等)、水汽等杂质挥发，然后利用抽气泵将挥发的气体自加热腔室抽出，从而可以清洁被加工工件，提高工艺质量。
图1为现有的一种加热腔室的剖视图。请参阅图1，加热腔室包括腔体100、加热基座101、加热灯泡102和介质窗103。其中，加热基座101设置在由腔体100限定的加热空间内，用以承载被加工工件，并对其进行加热。介质窗103设置在腔体100的顶部，加热灯泡102设置在该介质窗103的上方，用以透过该介质窗103朝向被加工工件辐射热量。
图2为图1中加热基座的剖视图。如图2所示，上述加热基座包括基座201、加热丝203、冷却盘202、连接筒205和固定座206，其中，基座201用于承载被加工工件。加热丝203设置在基座201中，且在水平面内围绕基座201的轴线螺旋缠绕，其具体结构如图3所示。冷却盘202叠置在基座201的底部，且在冷却盘202内设置有冷却水管204，通过向该冷却水管204中通入冷却水，来冷却基座201。固定座206设置在冷却盘202的下方，连接筒205竖直设置，且分别与冷却盘202和固定座206固定连接，用以将冷却盘202的热量传导至固定座206，从而实现对冷却盘202的冷却。此外，加热丝203的接线207以及冷却水管204的管路208向下依次贯穿冷却盘202、连接筒205和固定座206，并延伸出去。
在上述加热装置101中，由于连接筒205与冷却盘202连接的位置位于基座201的中心(即，加热丝203最内圈的内侧)，导致基座201中心的热量损失因连接筒205与冷却盘202之间的热交换明显多于基座201边缘的热量损失，从而造成基座201中心的表面温度低于边缘的表面温度，进而造成被加工工件的温度不均匀。
针对上述情况，现有的加热腔室虽然可以通过使用加热灯泡102与加热基座101一起同时加热被加工工件，以补偿被加工工件的表面温差，但是，由于受到加热灯泡102的安装限制，导致上述加热腔室无法适用某些工艺，或者使腔室设计的难度加大，例如Al Pad工艺。因此，如何提高加热基座的加热均匀性，以实现在无需加热灯泡辅助的前提下，使被加工工件的温度均匀性达到工艺要求是目前亟待解决的问题。
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，提出了一种加热基座以及半导体加工设备，其可以提高加热基座的加热均匀性，从而在无需加热灯泡辅助的前提下，使被加工工件的温度均匀性达到工艺要求。
为实现本发明的目的而提供一种加热基座，包括基座、加热丝、冷却盘、连接筒和固定座，其中，所述基座用于承载被加工工件；所述加热丝设置在所述基座中；所述冷却盘叠置在所述基座的底部，用以冷却所述基座；所述固定座设置在所述冷却盘的下方；所述连接筒竖直设置，且分别与所述冷却盘和所述固定座固定连接，所述连接筒包括呈回旋曲线状的筒壁，以延长所述连接筒的热量传导路径。
优选的，所述筒壁包括N层竖直环壁和N-1层水平环壁，N为大于2的整数，其中，所述N层竖直环壁沿所述基座的径向间隔排布，且同轴设置；并且，位于最外层的所述竖直环壁的上端与所述冷却盘固定连接，下端和与之相邻、且位于其内侧的竖直环壁的下端通过一层所述水平环壁连为一体；位于最内层的所述竖直环壁的下端与所述固定座固定连接，上端和与之相邻、且位于其外侧的所述竖直环壁的上端通过一层所述水平环壁连为一体；在其余的所述竖直环壁中，任意一层竖直环壁的上端和与之相邻、且位于其内侧的竖直环壁的上端通过一层所述水平环壁连为一体；任意一层竖直环壁的下端和与之相邻、且位于其外侧的所述竖直环壁的下端通过一层所述水平环壁连为一体。
优选的，在其余的所述竖直环壁中，各层竖直环壁在所述基座轴向上的长度相等，且在所述基座的径向上交错排列或者相对排列。
优选的，所述加热丝在水平面内围绕所述基座的轴线螺旋缠绕；位于最外层的所述竖直环壁的内径大于所述加热丝的最内圈的内径。
优选的，所述筒壁包括N层竖直环壁和N-1层水平环壁，N为大于2的整数，其中，所述N-1层水平环壁沿所述基座的轴向间隔排布，且同轴设置；并且，位于最上层的所述水平环壁的外端与其中一层所述竖直环壁的下端连为一体，该层竖直环壁的上端与所述冷却盘固定连接；位于最下层的所述水平环壁的内端与其中另一层所述竖直环壁的上端连为一体，该层竖直环壁的下端与所述固定座固定连接；在其余的所述水平环壁中，任意一层水平环壁的内端和与之相邻、且位于其上方的水平环壁的内端通过一层竖直环壁连为一体；任意一层水平环壁的外端和与之相邻、且位于其下方的外端通过一层竖直环壁连为一体。
优选的，所述N-1层水平环壁在所述基座径向上的长度相等，且在所述基座的轴向上交错排列或者相对排列。
优选的，所述加热丝在水平面内围绕所述基座的轴线螺旋缠绕；与所述冷却盘固定连接的所述竖直环壁的内径大于所述加热丝的最内圈的内径。
优选的，在所述基座的下表面形成有凹槽，所述加热丝位于所述凹槽的上方；所述冷却盘内嵌在所述凹槽中。
优选的，在所述冷却盘中设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔，且相对应的，在所述固定座中设置有沿其厚度方向贯穿的第二通孔；所述连接筒的内部空间分别与所述第一通孔和所述第二通孔相连通；所述加热丝的接线以及所述冷却盘中的冷却管路依次由所述第一通孔、所述连接筒的内部空间和所述第二通孔引出所述加热基座。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括加热腔室，在所述加热腔室内设置有加热基座，用于承载被加工工件，并对其进行加热，所述加热基座采用本发明提供的上述加热基座。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的加热基座，其通过采用筒壁呈回旋曲线状的连接筒，来延长连接筒的热量传导路径，可以减少连接筒在冷却盘与固定座之间的热传导，起到隔热的作用，从而可以减少基座中心的热量损失，以使基座中心的表面温度与边缘的表面温度趋于一致，进而可以提高加热基座的加热均匀性，从而在无需加热灯泡辅助的前提下，使被加工工件的温度均匀性达到工艺要求。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的上述加热基座，可以提高加热基座的加热均匀性，从而在无需加热灯泡辅助的前提下，使被加工工件的温度均匀性达到工艺要求。
附图说明
图1为现有的一种加热腔室的剖视图；
图2为图1中加热基座的剖视图；
图3为图2中加热丝的结构示意图；
图4A为本发明第一实施例提供的加热基座的剖视图；
图4B为图4A中连接筒的剖视图；
图5为本发明第二实施例采用的连接筒的剖视图；以及
图6为本发明第三实施例采用的连接筒的剖视图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的加热基座以及半导体加工设备进行详细描述。
图4A为本发明第一实施例提供的加热基座的剖视图。请参阅图4A，加热基座用于承载并加热被加工工件，该加热装置包括基座301、加热丝303、冷却盘302、连接筒304和固定座305。其中，基座301的上表面用于承载被加工工件。加热丝303设置在基座301中，且在水平面(即，平行于基座301的上表面)内围绕基座301的轴线螺旋缠绕，形成平面螺旋结构，例如图3中示出的加热丝，加热丝303在通电时产生的热量通过基座301传递至被加工工件。
在本实施例中，在基座301的下表面形成有凹槽，加热丝303位于该凹槽的上方，并且，冷却盘302内嵌在该凹槽中。在冷却盘302中设置有冷却管路402，通过向该冷却管路402通入冷却水，来实现对基座301的冷却。通过将冷却盘302内嵌在基座301的凹槽中，可以增加冷却盘302与基座301的接触面积，从而可以提高冷却效果。当然，基座与冷却盘的连接方式并不局限于本发明实施例采用的上述方式，在实际应用中，基座与冷却盘的连接方式还可以其他任意方式，只要使冷却盘302叠置在基座的底部即可。
固定座305设置在冷却盘302的下方；连接筒304竖直设置，且分别与冷却盘302和固定座305固定连接。固定座305通常固定在加热腔室的底部，并通过连接筒304支撑冷却盘302以及基座301。
连接筒304包括呈回旋曲线状的筒壁403，该筒壁403可以延长连接筒304的热量传导路径，减少连接筒304在冷却盘302与固定座305之间的热传导，起到隔热的作用，从而可以减少基座301中心的热量损失，以使基座301中心的表面温度与边缘的表面温度趋于一致，进而可以提高加热装置的加热均匀性，从而在无需加热灯泡辅助的前提下，使被加工工件的温度均匀性达到工艺要求。
下面对本实施例采用的连接筒304的结构和功能进行详细描述。具体地，图4B为图4A中连接筒的剖视图。请参阅图4B，筒壁403由N层竖直环壁和N-1层水平环壁组成，N＝3。其中，三层竖直环壁分别为第一竖直环壁501、第二竖直环壁502和第三竖直环壁503；两层水平环壁分别为第一水平环壁601和第二水平环壁602。其中，三层竖直环壁沿基座301的径向间隔排布，且同轴设置，换言之，三层竖直环壁的内径不同，且互为同心环。其中，第一竖直环壁501位于最外层，其上端501a与冷却盘302固定连接，第一竖直环壁501的下端和第二竖直环壁502的下端通过第一水平环壁601连为一体。第二竖直环壁502的上端与第三竖直环壁503的上端通过第二水平环壁602连为一体。第三竖直环壁503位于最内层，其下端503b与固定座305固定连接。由上可知，筒壁403是利用三层竖直环壁和两层水平环壁沿基座301的径向交替连接，而形成回旋曲线状，从而实现连接筒304的隔热作用。
优选的，位于最外层的竖直环壁(即，第一竖直环壁501)的内径D2大于加热丝303的最内圈的内径D1，这可以使第一竖直环壁501的上端501a与冷却盘302之间的接触位置位于加热丝303最内圈的外侧，从而可以使加热丝303的加热范围覆盖该接触位置，进而可以进一步降低基座301在该接触位置处的热量损失。
在本实施例中，在冷却盘302中设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔401，且相对应的，在固定座305中设置有沿其厚度方向贯穿的第二通孔404；连接筒304的内部空间(由筒壁403限定的内部空间)分别与第一通孔401和第二通孔404相连通。而且，加热丝303的接线406(例如正负电极、热电偶等的导线)以及冷却管路402的输入、输出管路406依次由第一通孔401、连接筒304的内部空间和第二通孔404引出加热腔室。
需要说明的是，在本实施例中，加热丝303为平面螺旋结构，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，加热丝还可以根据具体情况设计为其他任意结构，本发明对此没有特别限制。
图5为本发明第二实施例采用的连接筒的剖视图。请参阅图5，本实施例与上述第一实施例相比，其区别仅在于：N＝5。即，筒壁包括五层竖直环壁和四层水平环壁，其中，五层竖直环壁分别为第一竖直环壁501～第五竖直环壁505。四层水平环壁分别为第一水平环壁601～第四水平环壁604。
与上述第一实施例相同的，五层竖直环壁沿基座301的径向间隔排布，且同轴设置。其中，第一竖直环壁501位于最外层，其上端501a与冷却盘302固定连接，下端和与之相邻、且位于其内侧的竖直环壁(即，第二竖直环壁502)的下端通过第一层水平环壁601连为一体。第五竖直环壁505位于最内层，其下端505b与固定座305固定连接，上端和与之相邻、且位于其外侧的第四竖直环壁504的上端通过第四水平环壁604连为一体。
除上述第一竖直环壁501和第五竖直环壁505之外，其余的竖直环壁均遵循以下方式连接：任意一层竖直环壁的上端和与之相邻、且位于其内侧的竖直环壁的上端通过一层水平环壁连为一体；任意一层竖直环壁的下端和与之相邻、且位于其外侧的竖直环壁的下端通过一层水平环壁连为一体。
在本实施例中，除上述第一竖直环壁501和第五竖直环壁505之外，其余的竖直环壁在基座的轴向(即竖直方向)上的长度相等，且在基座的径向上相对排列，从而可以使各个竖直环壁的上端高度一致，以便于筒壁的加工。当然，在实际应用中，其余的竖直环壁也可以在基座的径向上交错排列，即，各个竖直环壁的上端高度不同。
需要说明的是，在本实施例中，竖直环壁的数量N为五层，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，竖直环壁的数量N还可以根据具体情况设计为四层或六层以上，即，N为大于2的整数，并且水平环壁的数量为N-1。
图6为本发明第三实施例采用的连接筒的剖视图。请参阅图6，本实施例与上述各个实施例相比，筒壁同样包括N层竖直环壁和N-1层水平环壁，N为大于2的整数。但是，本实施例与上述各个实施例的区别在于：N-1层水平环壁沿基座301的轴向间隔排布，且同轴设置，并且N层竖直环壁根据N-1层水平环壁的排布作适应性的调整。
具体地，在本实施例中，N＝4。其中，四层竖直环壁分别为第一竖直环壁701～第四竖直环壁704；三层水平环壁分别为第一水平环壁801、第二水平环壁802和第三水平环壁803。其中，三层水平环壁沿基座301的轴向间隔排布，且同轴设置，并且第一水平环壁801位于最上层，其外端(即，远离基座301的中心的一端)与第一竖直环壁701的下端连为一体，该第一竖直环壁701的上端701a与冷却盘302固定连接。第三水平环壁803位于最下层，其内端(即，靠近基座301的中心的一端)与第四竖直环壁704的上端连为一体，该第四竖直环壁704的下端704b与固定座305固定连接。第二水平环壁802的内端与第一水平环壁801的内端通过第二竖直环壁702连为一体，第二水平环壁802的外端与第三水平环壁803的外端通过第三竖直环壁703连为一体。由上可知，筒壁是利用四层竖直环壁和三层水平环壁沿基座301的轴向交替连接，而形成回旋曲线状，从而实现连接筒的隔热作用。
优选的，位于最外层的竖直环壁(即，第一竖直环壁701)的内径大于加热丝303的最内圈的内径，这可以使第一竖直环壁701的上端701a与冷却盘302之间的接触位置位于加热丝303最内圈的外侧，从而可以使加热丝303的加热范围覆盖该接触位置，进而可以进一步降低基座301在该接触位置处的热量损失。
在本实施例中，三层水平环壁在基座301径向上的长度相等，且在基座301的轴向上相对排列，以便于筒壁的加工。当然，在实际应用中，三层水平环壁也可以在基座的轴向上交错排列。
需要说明的是，在本实施例中，竖直环壁的数量N为四层，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，竖直环壁的数量N还可以根据具体情况设计为三层或五层以上，即，N为大于2的整数，并且水平环壁的数量为N-1。
综上所述，本发明提供的加热基座，其通过采用筒壁呈回旋曲线状的连接筒，来延长连接筒的热量传导路径，可以减少连接筒在冷却盘与固定座之间的热传导，起到隔热的作用，从而可以减少基座中心的热量损失，以使基座中心的表面温度与边缘的表面温度趋于一致，进而可以提高加热装置的加热均匀性，从而在无需加热灯泡辅助的前提下，使被加工工件的温度均匀性达到工艺要求。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其包括加热腔室，在该加热腔室内设置有加热基座，用于承载被加工工件，并对被加工工件进行加热，该加热基座采用本发明上述各实施例提供的加热基座。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明上述各个实施例提供的加热基座，可以提高加热装置的加热均匀性，从而在无需加热灯泡辅助的前提下，使被加工工件的温度均匀性达到工艺要求。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种加热基座，包括基座、加热丝、冷却盘、连接筒和固定座，其中，所述基座用于承载被加工工件；所述加热丝设置在所述基座中；所述冷却盘叠置在所述基座的底部，用以冷却所述基座；所述固定座设置在所述冷却盘的下方；所述连接筒竖直设置，且分别与所述冷却盘和所述固定座固定连接，其特征在于，所述连接筒包括呈回旋曲线状的筒壁，以延长所述连接筒的热量传导路径。
2.根据权利要求1所述的加热基座，其特征在于，所述筒壁包括N层竖直环壁和N-1层水平环壁，N为大于2的整数，其中，
所述N层竖直环壁沿所述基座的径向间隔排布，且同轴设置；并且，位于最外层的所述竖直环壁的上端与所述冷却盘固定连接，下端和与之相邻、且位于其内侧的竖直环壁的下端通过一层所述水平环壁连为一体；位于最内层的所述竖直环壁的下端与所述固定座固定连接，上端和与之相邻、且位于其外侧的所述竖直环壁的上端通过一层所述水平环壁连为一体；
在其余的所述竖直环壁中，任意一层竖直环壁的上端和与之相邻、且位于其内侧的竖直环壁的上端通过一层所述水平环壁连为一体；任意一层竖直环壁的下端和与之相邻、且位于其外侧的所述竖直环壁的下端通过一层所述水平环壁连为一体。
3.根据权利要求2所述的加热基座，其特征在于，在其余的所述竖直环壁中，各层竖直环壁在所述基座轴向上的长度相等，且在所述基座的径向上交错排列或者相对排列。
4.根据权利要求2所述的加热基座，其特征在于，所述加热丝在水平面内围绕所述基座的轴线螺旋缠绕；
位于最外层的所述竖直环壁的内径大于所述加热丝的最内圈的内径。
5.根据权利要求1所述的加热基座，其特征在于，所述筒壁包括N层竖直环壁和N-1层水平环壁，N为大于2的整数，其中，
所述N-1层水平环壁沿所述基座的轴向间隔排布，且同轴设置；并且，位于最上层的所述水平环壁的外端与其中一层所述竖直环壁的下端连为一体，该层竖直环壁的上端与所述冷却盘固定连接；位于最下层的所述水平环壁的内端与其中另一层所述竖直环壁的上端连为一体，该层竖直环壁的下端与所述固定座固定连接；
在其余的所述水平环壁中，任意一层水平环壁的内端和与之相邻、且位于其上方的水平环壁的内端通过一层竖直环壁连为一体；任意一层水平环壁的外端和与之相邻、且位于其下方的外端通过一层竖直环壁连为一体。
6.根据权利要求5所述的加热基座，其特征在于，所述N-1层水平环壁在所述基座径向上的长度相等，且在所述基座的轴向上交错排列或者相对排列。
7.根据权利要求5所述的加热基座，其特征在于，所述加热丝在水平面内围绕所述基座的轴线螺旋缠绕；
与所述冷却盘固定连接的所述竖直环壁的内径大于所述加热丝的最内圈的内径。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的加热基座，其特征在于，在所述基座的下表面形成有凹槽，所述加热丝位于所述凹槽的上方；
所述冷却盘内嵌在所述凹槽中。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的加热基座，其特征在于，在所述冷却盘中设置有沿其厚度方向贯穿的第一通孔，且相对应的，在所述固定座中设置有沿其厚度方向贯穿的第二通孔；所述连接筒的内部空间分别与所述第一通孔和所述第二通孔相连通；
所述加热丝的接线以及所述冷却盘中的冷却管路依次由所述第一通孔、所述连接筒的内部空间和所述第二通孔引出所述加热基座。
10.一种半导体加工设备，包括加热腔室，在所述加热腔室内设置有加热基座，用于承载被加工工件，并对其进行加热，其特征在于，所述加热基座采用权利要求1-9任意一项所述的加热基座。
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