CN110556319A - 加热器、半导体加工腔室及加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种加热器、半导体加工腔室及设备。该加热器用于在腔室内对待加热件进行加热，加热器自上而下依次设置有：顶板、加热组件及底座；顶板用于承载待加热件；加热组件包括有匀热板，匀热板的顶面与顶板的底面贴合设置；匀热板上划分出第一匀热区及第二匀热区，第二匀热区位于第一匀热区的外周，且第二匀热区的热容量大于第一匀热区的热容量。本申请实施例的两个热区的热容量不同，且第二匀热区的热容量大于第一匀热区的热容量，从而可以有效提高本申请实施例的加热器表面温度的均匀性，进而可以提高晶圆的性能及良品率。因此本申请实施例能够降低成本提高经济效益，且具有巨大的经济价值。

Description

加热器、半导体加工腔室及加工设备

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种加热器、半导体加工腔室及加工设备。

背景技术

目前，物理气相沉积技术(Physical Vapor Deposition，PVD)或溅射沉积技术(Sputtering Deposition)是半导体工业中最广为使用的一类薄膜制造技术，泛指采用物理方法制备薄膜的工艺。在集成电路制造中使用的去气(Degas)设备以及退火(Anneal)设备是将晶圆置于高温(250℃～450℃)和真空环境中一段时间，实现去除水汽及有机物等吸附在晶圆表面的物质，以及降低缺陷和掺杂再分布等作用。

现有技术中，去气设备与退火设备一般采用双模加热方式，即在设备的腔室内设置有加热器(Heater)，且在腔室上用灯泡实现双模加热。而加热器(Heater)上表面温度的均匀性是工艺过程中最重要的一项指标。因为若是温度均匀性越好，晶圆性能就会改善，随之晶圆的良率会提高，进而能够降低成本提高经济效益，获得巨大的经济价值。然而，现有加热器由于边缘靠近腔室，存在气流流动，边缘散热快，导致温度均匀性较低。因此，提供一种表面温度均匀的加热器成为目前半导体工业领域亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本申请针对现有技术存在的上述问题，提出一种加热器、半导体加工腔室及加工设备，用以解决现有技术存在的加热器表面温度均匀性较低技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种加热器，用于在腔室内对待加热件进行加热，所述加热器自上而下依次设置有：顶板、加热组件及底座；所述顶板用于承载所述待加热件；所述加热组件包括有匀热板，所述匀热板的顶面与所述顶板的底面贴合设置；所述匀热板上划分出第一匀热区及第二匀热区，所述第二匀热区位于所述第一匀热区的外周，且所述第二匀热区的热容量大于所述第一匀热区的热容量。

于本申请的一实施例中，所述匀热板上划分在所述第一匀热区的部分为第一子板，所述匀热板上划分在所述第二匀热区的部分为第二子板；所述加热组件还包括加热管和/或加热板；所述加热管按照指定密度分别布设在所述第一匀热区和所述第二匀热区的范围内，用于向所述第一子板和所述第二子板提供热能；和/或，所述加热板按照指定位置布设在所述第一匀热区和第二匀热区范围内，用于向所述第一子板和所述第二子板提供热能。

于本申请的一实施例中，所述第二子板的厚度大于所述第一子板的厚度，且所述第二子板的厚度，自所述匀热板的中心沿径向方向逐渐增加。

于本申请的一实施例中，所述第一匀热区及第二匀热区之间的交界处设置有分隔部，用于减缓所述第一子板及所述第二子板之间的热量传递；所述分隔部为开设在所述交界处的凹槽。

于本申请的一实施例中，所述加热器还包括背板，所述背板设置于所述匀热板的下方，并且通过紧固件与所述顶板连接；所述背板的形状及厚度与所述匀热板的形状及厚度相适配。

于本申请的一实施例中，所述加热器还包括位于所述匀热板和所述背板之间、且与所述匀热板底面相贴合的柔性板。

于本申请的一实施例中，所述加热管设置于所述匀热板及所述背板之间，且所述加热管在第二匀热区的排布密度大于所述加热管在所述第一匀热区的排布密度。

于本申请的一实施例中，所述底座内设置有第一冷却管，用于对底座与所述腔室之间的密封圈进行冷却；所述背板内设置有第二冷却管，用于对所述加热组件进行冷却。

第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体加工腔室，所述腔室内设置有第一个方面提供的加热器。

第三个方面，本申请实施例提供了一种半导体加工设备，包括有第二个方面提供的半导体加工腔室。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过将加热组件设置为两个热区，可以实现对第一匀热区及第二匀热区的热容量不同，且第二热区的热容量大于第一热区的热容量，由于第二匀热区位于相对的外侧，因此在实际应用时第二匀热区的热容量较大可以有效降低其散热速度，从而可以有效提高本申请实施例的加热器表面温度的均匀性，进而可以提高晶圆的性能及良品率。因此本申请实施例能够降低成本提高经济效益，且具有巨大的经济价值。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种加热器的剖视示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

第一个方面，本申请实施例提供了一种加热器，用于在腔室内对晶圆进行加热，该加热器的结构示意图如图1所示，加热器自上而下依次设置有顶板1、加热组件2及底座3；顶板1用于承载待加热件；加热组件2包括有匀热板23，匀热板23的上表面与顶板1的底面贴合设置。匀热板23上划分出第一匀热区21及第二匀热区22，第二匀热区22位于第一匀热区21的外周，且第二匀热区22的热容量大于第一匀热区21的热容量。

如图1所示，顶板1可以采用不锈钢材制成的圆形板结构。顶板1的边缘可以向下延伸有连接部11，连接部11可以与底座3固定连接，例如可以采用焊接方式。连接部11包覆将加热组件2的外侧，其不仅可以起到连接顶板1及底座3的作用，还且可以降低加热组件2边缘的散热速度。底座3可以采金属材质制成，其可以设置于腔室(图中未示出)内以用于承载顶板1及加热组件2。加热组件2可以设置顶板1与底座3之间，其可以通过对顶板1加热，进而达到对待加热件进行加热的目的，例如该待加热件可以是晶圆。加热组件2可以包括有匀热板23，匀热板23的顶面可以与顶板1的底面贴合设置。匀热板23上划分为第一匀热区21可以位于加热组件2的中部位置，而第二匀热区22则可以设置于第一匀热区21的外周。

本申请实施例通过将加热组件设置为两个热区，可以实现对第一匀热区及第二匀热区的热容量不同，且第二热区的热容量大于第一热区的热容量，相对于第一匀热区，由于第二匀热区位于外侧，因此在实际应用时第二匀热区的热容量较大可以有效降低其散热速度，从而可以有效提高本申请实施例的加热器表面温度的均匀性，进而可以提高晶圆的性能及良品率。因此本申请实施例能够降低成本提高经济效益，且具有巨大的经济价值。

需要说明的是，本申请实施例并不限定顶板1及底座3的具体实施方式，例如顶板1及底座3均可以采用铝合金或铁等金属材质制成的其它形状，两者之间的连接方式也可以采用螺栓连接的方式，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，匀热板23上划分在第一匀热区21的部分为第一子板，匀热板23上划分在第二匀热区22的部分为第二子板；加热组件还包括加热管5，加热管按照指定密度分别布设在第一匀热区21和第二匀热区22的范围内，用于向第一子板和第二子板提供热能；加热板23按照指定位置布设在第一匀热区21和第二匀热区21范围内，用于向第一子板和第二子板提供热能。

此外，加热组件还可以包括加热板(图中未示出)，加热板按照指定密度分别布设在第一匀热区21和第二匀热区22的范围内，用于向第一子板和第二子板提供热能；和/或，加热板23按照指定位置布设在第一匀热区21和第二匀热区21范围内，用于向第一子板和第二子板提供热能。

如图1所示，匀热板23具体可以采用铜材质制成的圆形板状结构。匀热板23可以采用一体成型的方式制成，并且匀热板23上可以形成有第一匀热区21及第二匀热区22。具体来说，第一子板可上可以形成有第一匀热区21，第二子板上可以形成有第二匀热区22，第一子板及第二匀热板可以采用一体成型的方式制成，也可以采用分体式结构并固定连接在一起，本申请实施例并不以此为限。匀热板23的顶面可以与顶板1的底面贴合设置。采用上述设计，由于采用铜材质及一体成型的方式制成，不仅有利于热量的传导，而且加工方式简单可以有效降低制造及应用成本。

需要说明的是，本申请实施例并不限定匀热板23的具体实施方式，匀热板23也可以采用其它导热性能良好的金属材质制成的其它形状，并且匀热板23也可以采用分体式结构，以分别形成第一匀热区21及第二匀热区22，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

如图1所示，加热管5可以采用多种类型的加热管5，例如其可以是无缝金属管内装入电热丝，并且在电热丝与金属管之间填充有导热性及绝缘性能较好的氧化镁粉后制成，无缝金属管可以为碳钢管、钛管及不锈钢管等类型。加热管5可以设置于匀热板23与背板4之间，用于对匀热板23进行加热。在实际应用时，可以通过调整位于第一匀热区21及第二匀热区22内的加热管5的功率实现不同热区的温度调节。

需要说明的是，本申请实施例并不限定匀热板23具体加热方式，即本申请实施例并不限定必须采用加热管5的方式来进行加热，本领域技术人员也可以采用加热板对匀热板23进行加热。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，第二子板的厚度大于第一子板的厚度，且第二子板的厚度，自匀热板的中心沿径向方向逐渐增加。

如图1所示，第二子板的轴向厚度可以大于第一子板的轴向厚度。具体来说，由于第二子板位于加热器外缘，因此可以通过增加厚度来降低其散热的速度，进而达到控制加热器整体温度均匀性的目的。具体实施时，可以将第二子板的轴向厚度增加，以实现上述目的。由于第二子板厚度比第一子板部分厚，第二子板的热容量变大，当加热器边缘降温时，由于第二子板热容量大不会降低很大温度，从而保证整个加热器表面的温度均匀性。采用上述设计，由于通过厚度来实现两个热区热容量的不同，其不仅结构简单，而且还可以有效降低本申请实施例的制造及应用成本。

需要说明的是，本申请实施例并不限定第二子板及第一子板轴向厚度的具体数值，以及两者之间的对应关系，例如第二子板的厚度可以是第一子板厚度的1.5或者2倍以上，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

如图1所示，第二子板可以由内至外逐渐增加厚度，但是由于匀热板23的顶面与顶板1配合设置，因此该厚度可以由匀热板23的顶面向下增加的厚度，使得第二子板的底面可以呈斜面状，但是本申请实施例并不以此为限，例如匀热板23的底面也可以采用台阶面的设计。由于匀热板23的第二子板是逐渐变厚，厚度比第一子板部分厚，第二子板的热容量变大，当加热器边缘降温时，由于第二子板热容量大不会降低很大温度，从而保证整个加热器表面的温度均匀性。采用该设计，可以进一步的提高本申请实施例的加热器温度均匀性。

需要说明的是，本申请实施例并不限定第二子板具体实施方式，例如第二子板的厚度也可以采用均匀等厚的方式，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，第一匀热区21与第二匀热区22之间的交界处设置有分隔部24，用于减缓第一匀热板及第二匀热板之间的热量传递；分隔部24为开设在交界处的凹槽。

如图1所示，分隔部24可以位于第一匀热区21及第二匀热区22之间的交界处，其可以隔挡第一子板及第二子板之间的热量传递。在实际应用时，为确保匀热板23整体的温度均匀性，可以将第二匀热区22温度调高，第一匀热区21的温度相对较低，而分隔部24的作用在于避免第二匀热区22的较高温度完全传至第一匀热区21，造成第一匀热区21边缘的温度大于内部的温度，影响整体温度的均匀性。因此在第一匀热区21及第二匀热区22之间设置有分隔部24，可以有效提高匀热板23整体温度的均匀性，从而进一步提高本申请实施例的加热器的温度均匀性。

需要说明的是，并非本申请的所有实施例中都必须包括分隔部24，在一些其它实施例中也可以不包括分隔部24，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

如图1所示，当匀热板23为圆形时，第一匀热区21的形状也为圆形，而第二匀热区22则可以为环形。分隔部24则可以位于第一匀热区21及第二匀热区22之间的圆形凹槽，用于将第一子板及第二子板之间的热量传递部分断开。分隔部24采用凹槽的设计，即可以起到阻挡两个热区之间部分热量传递，还可以进一步提高两个热区之间的温度均匀性。另外分隔部采用凹槽的设计，不仅结构简单而且还可以有效降低本申请实施的成本。

需要说明的是，本申请实施例并不限定分隔部24的具体实施方式，例如还可以凹槽中添充隔热材料以加强隔热效果，或者直接在两个热区之间形成有隔热材料；另外本申请实施例并不限定凹槽宽度，凹槽的宽度可以是一致或者非一致的。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，加热器还包括背板4，背板4设置于匀热板23的下方，并且通过紧固件41与顶板1连接，背板的形状及厚度与匀热板23的形状及厚度相适配。

如图1所示，背板4同样可以采用金属材质制成，其可以设置匀热板23的下方用于顶抵压紧匀热板23。具体来说，背板4可以通过紧固件41与顶板1连接，以将匀热板23固定于顶板1上。紧固件41具体可以是螺栓，但是本申请实施例并不以此为限，紧固件41也可以采用卡接件。由于上述各实施例中匀热板23的厚度不同，背板4可以设置于与匀热板23厚度相配合的状态。采用上述设计，使得本申请实施例不仅结构简单，而且可以降低使用及维护成本。

于本申请的一实施例中，加热器还包括位于匀热板23和背板4之间，且与匀热板23底面相贴合的柔性板6。

如图1所示，匀热板23的底面上可以设置有容置槽25，加热管5可以设置于该容置槽25内，并且加热管5可以通过与柔性板6采取过盈配合的方式固定容置槽25内。具体来说，柔性板6可以采用耐高温的金属材质制成，例如可以采用镍材质制成，但是本申请实施例并不以此为限。柔性板6可以采用分体式结构，其可以分别设置位于第一匀热区21及第二匀热区22的位置。柔性板6整体可以通过背板4将其压紧于匀热板23的底部，从而可以使得柔性板6较佳地固定加热管5，并且采用柔性板6的设置，即可以通过柔性的方式将加热管5固定，而且还不会对加热管5造成损坏。当然在一些其他实施例中，匀热板23也可以通过粘接或者螺栓的方式直接与匀热板23连接。采用上述设计，由于加热管5与匀热板23接触面板较大，可以进一步提高匀热板23的导热效率，从而可以提高本申请实施例的工作效率，以及减少能源的使用，进而可以提高经济效益。

需要说明的是，本申请实施例并不限定柔性板6的具体实施方式，例如柔性板6也可以采用一体成型的方式加工制成；另一方面，在一些其它的实施例中，加热管5也可以直接与匀热板23通过紧固件41或者粘接的方式固定。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，结合参照图1所示，加热管5在第二匀热区22的排布密度大于加热管5在第一匀热区21的排布密度。在实际应用时，由于第二匀热区22的加热管5密度较大，而第一匀热区21的加热管5密度相对较小，因此可以对加热管5采用相同的功率进行控制，同样可以实现匀热板23整体温度均匀性较高的目的。采用上述设计，使得本申请实施例的控制更加简便，并且可以有效降低应用成本。需要说明的是，本申请实施例并不限定加热管5的具体排布密度，其可以根据匀热板23的厚度或者工艺需求对加热管5的排布密度进行调整，因此本申请实施例并不以此为限。

于本申请的一实施例中，底座3内设置第一冷却管7，用于对底座3与腔室之间密封圈进行冷却；背板4内设置有第二冷却管8，用于对加热组件2进行冷却。可选地，还包括电偶组件9，用于检测匀热板23的实时温度。如图1所示，底座3可以通过一密封圈(图中未示出)设置于腔室(图中未示出)内，由于腔室内温度较高，底座3内可以设置有第一冷却管7对密封圈进行冷却，以确保密封圈的柔性及延长密封圈的寿命，为了确保密封圈的柔性，第一冷却管7内的冷却液可以呈持续流动状态。而第二冷却管8则可以设置于背板4的内部，当需要对晶圆对行退火时，可以通过第二冷却管8对加热器进行快速降温。第一冷却管7及第二冷却管8均可以与一冷源连通设置，并且其内部均容置有冷却液。

基于同一发明构思，第二个方面本申请实施例提供了一种半导体加工腔室，腔室内设置有第一个方面提供的加热器。

基于同一发明构思，第三个方面本申请实施例提供了一种半导体加工设备，包括有第二个方面提供的加热器。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过将加热组件设置为两个热区，可以实现对第一匀热区及第二匀热区的热容量不同，且第二热区的热容量大于第一热区的热容量，相对于第一匀热区，第二匀热区位于第一匀热区的外侧，因此在实际应用时第二匀热区的热容量较大可以有效降低其散热速度，从而可以有效提高本申请实施例的加热器表面温度的均匀性，进而可以提高晶圆的性能及良品率。因此本申请实施例能够降低成本提高经济效益，且具有巨大的经济价值。

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。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种加热器，用于在腔室内对待加热件进行加热，其特征在于，所述加热器自上而下依次设置有：顶板、加热组件及底座；

所述顶板用于承载所述待加热件；

所述加热组件包括有匀热板，所述匀热板的顶面与所述顶板的底面贴合设置；

所述匀热板上划分出第一匀热区及第二匀热区，所述第二匀热区位于所述第一匀热区的外周，且所述第二匀热区的热容量大于所述第一匀热区的热容量。

2.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，

所述匀热板上划分在所述第一匀热区的部分为第一子板，所述匀热板上划分在所述第二匀热区的部分为第二子板；

所述加热组件还包括加热管和/或加热板；

所述加热管按照指定密度布设在所述第一匀热区和所述第二匀热区的范围内，用于向所述第一子板和所述第二子板提供热能；

和/或，所述加热板按照指定位置布设在所述第一匀热区和第二匀热区范围内，用于向所述第一子板和所述第二子板提供热能。

3.如权利要求2所述的加热器，其特征在于，

所述第二子板的厚度大于所述第一子板的厚度，且所述第二子板的厚度，自所述匀热板的中心沿径向方向逐渐增加。

4.如权利要求2或3任一项所述的加热器，其特征在于，所述第一匀热区及第二匀热区之间的交界处设置有分隔部，用于减缓所述第一子板及所述第二子板之间的热量传递；所述分隔部为开设在所述交界处的凹槽。

5.如权利要求1所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括背板，所述背板设置于所述匀热板的下方，并且通过紧固件与所述顶板连接；所述背板的形状及厚度与所述匀热板的形状及厚度相适配。

6.如权利要求5所述的加热器，其特征在于，所述加热器还包括位于所述匀热板和所述背板之间、且与所述匀热板底面相贴合的柔性板。

7.如权利要求2所述的加热器，其特征在于，所述加热管设置于所述匀热板及所述背板之间，且所述加热管在第二匀热区的排布密度大于所述加热管在所述第一匀热区的排布密度。

8.如权利要求5或6所述的加热器，其特征在于，所述底座内设置有第一冷却管，用于对底座与所述腔室之间的密封圈进行冷却；所述背板内设置有第二冷却管，用于对所述加热组件进行冷却。

9.一种半导体加工腔室，其特征在于，所述腔室内设置有如权利要求1至8的任一所述的加热器。

10.一种半导体加工设备，其特征在于，包括有如权利要求9所述的加工腔室。