CN111312620A - 一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器 - Google Patents

一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器 Download PDF

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Abstract

一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，包括金属加热器主体、金属固定环，所述金属加热器主体设置有盘体、安装轴、测温热电偶和若干个气体管路，金属加热器主体的盘体内嵌设有若干个方型铠装加热管和石墨匀热片，顶面设置有陶瓷匀热盘；所述盘体和陶瓷匀热盘外围设置有金属固定环；所述盘体上设置有表面匀气沟槽、外圈密封面、内圈密封面、方型加热管安装沟槽和石墨匀热片安装槽；所述方型铠装加热管外壳设置为方型，内部设置为圆形铠装加热管；所述的陶瓷匀热盘顶面均布有若干数量的支撑晶圆的小凸台。本发明结构新型，工艺稳定，大幅度延长了使用寿命，减少了工艺时污染，显著提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器
技术领域
本发明涉及半导体制造设备领域，特别是涉及到一种降低晶圆离子污染的高均匀性CVD晶圆加热器。
背景技术
晶圆加热器是半导体制造设备的生产工艺中的关键部件，在CVD工艺中，晶圆与加热器紧密接触，会有金属离子由于摩擦污染晶圆，严重影响工艺，且加热器与晶圆接触的表面易吸附工艺过程中的物质，对后续工艺晶圆造成污染及影响热均匀性，导致加热器工作周期缩短，需要定期维护，且需要拆卸下来进行清洗，严重影响生产效率。在高温工艺中，传统的铝合金加热器已经不能使用，传统耐高温不锈钢材质的加热器由于材料及圆形加热管安装接触面小，存在均匀性较差的问题，测温热电偶集成在加热器内部，晶圆温度与实测温度偏差较大，严重影响CVD工艺的合格率。
发明内容
本发明的目是解决上述技术问题，提供一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器。
为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：。
一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，包括金属加热器主体、金属固定环，其特征在于：所述金属加热器主体设置有盘体、盘体底部设置有安装轴、安装轴内设置有测温热电偶和若干个气体管路，金属加热器主体的盘体内嵌设有若干个方型铠装加热管和石墨匀热片，顶面设置有陶瓷匀热盘；所述盘体和陶瓷匀热盘外围设置有金属固定环；所述盘体上设置有表面匀气沟槽、外圈密封面、内圈密封面、方型加热管安装沟槽和石墨匀热片安装槽；所述方型铠装加热管设置有内区方型铠装加热管和外区方型铠装加热管，所述方型铠装加热管外壳设置为方型，内部设置为圆形铠装加热管，加热管外壳和圆形铠装加热管之间设置有导热层；所述的陶瓷匀热盘顶面均布有若干数量的支撑晶圆的小凸台，底面设置有密封面。
优选的：所述的石墨匀热片设置有内区石墨匀热板和外区石墨匀热板。
优选的：所述的金属固定环外周设置有喷砂层。
优选的：所述金属加热器主体由盘体、、安装轴、测温热电偶和若干个气体管路通过自熔焊接、电子束焊接方式焊接组合而成。
优选的：所述盘体采用材料为：工作温度800-1150度的耐高温不锈钢或同等高温的合金。
优选的：所述导热层采用材料为：导热良好的金属或者更耐高温的氧化镁粉。
优选的：所述的测温热电偶为带弹性伸缩的陶瓷盘测温热电偶。
本发明结构新型，工艺稳定，大幅度延长了使用寿命，减少了工艺时污染，显著提高了生产效率，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明A-A剖视图；
图3为本发明中金属加热器主体主视图示意图；
图4为图3的B-B剖视图；
图5为本发明中方型铠装加热管主视图示意图；
图6为图5的C-C剖视图；
图7为图6的局部放大图；
图8为本发明中石墨匀热片结构示意图；
图9为本发明中陶瓷匀热盘结构示意图；
图10为图片9中F-F剖视图；
在图中：1、金属加热器主体；1-1、盘体；1-2、表面匀气沟槽；1-3、外圈密封面；1-4、内圈密封面；1-5、方型加热管安装沟槽；1-6、石墨匀热片安装槽；1-7、测温热电偶；1-8气体管路；1-9、安装轴；2、方型铠装加热管；2-1、内区方型铠装加热管；2-2、外区方型铠装加热管；2-3、加热管方型外壳；2-4、导热层；2-5、内部圆形铠装加热管；3、石墨匀热片；3-1、内区石墨匀热板；3-3、外区石墨匀热板；4、陶瓷匀热盘；4-1、支撑晶圆的小凸台；4-2、密封面；5、金属固定环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图中：一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，包括金属加热器主体1、金属固定环5，其特征在于：所述金属加热器主体1设置有盘体1-1、盘体1-1底部设置有安装轴1-9、安装轴1-9内设置有测温热电偶1-7和若干个气体管路1-8，金属加热器主体1的盘体1-1内嵌设有若干个方型铠装加热管2和石墨匀热片3，顶面设置有陶瓷匀热盘4；所述盘体1-1和陶瓷匀热盘4外围设置有金属固定环5；所述盘体1-1上设置有表面匀气沟槽1-2、外圈密封面1-3、内圈密封面1-4、方型加热管安装沟槽1-5和石墨匀热片安装槽1-6；所述方型铠装加热管2设置有内区方型铠装加热管2-1和外区方型铠装加热管2-2，所述方型铠装加热管外壳设置为方型，内部设置为圆形铠装加热管，加热管外壳和圆形铠装加热管之间设置有导热层2-4；所述的陶瓷匀热盘4顶面均布有若干数量的支撑晶圆的小凸台4-1，底面设置有密封面4-2。所述的石墨匀热片3设置有内区石墨匀热板3-1和外区石墨匀热板3-3。所述的金属固定环5外周设置有喷砂层。所述金属加热器主体1由盘体1-1、、安装轴1-9、测温热电偶1-7和若干个气体管路1-8通过自熔焊接、电子束焊接方式焊接组合而成。所述盘体1-1采用材料为：工作温度800-1150度的耐高温不锈钢或同等高温的合金。所述导热层2-4采用材料为：导热良好的金属或者更耐高温的氧化镁粉。所述的测温热电偶为带弹性伸缩的陶瓷盘测温热电偶。
具体实施时，方形铠装加热管2，热导能力更好的方形铠装加热管特点：（a）加热管使用双层密封外壳的结构设计，外方内圆，不会出现普通单层外壳在加热后易出现布局变形导致加热管击穿损坏的问题；（b）双层密封壳之间按不同温度需求，可以填充导热良好的金属或者更耐高温的氧化镁粉；（c）每件加热管经过温度循环检测筛选，保证温度分布良好，防止出现局部过热现象，保证加热管的使用寿命。方型铠装加热管嵌入金属加热器主体的方型沟槽内，使用真空钎焊实现加热管与加热基体紧密结合为：（a）方形铠装加热管和加热器主体上的方型沟槽为紧配合，保证安装后加热管紧密贴合沟槽，保持良好的散热状态；（b）使用真空钎焊，将加热管压紧在沟槽内，实现四面同时散热，避免由于传统圆形加热管无法与沟槽紧密接触，出现的散热能力差导致使用寿命短的问题。加热盘体1-1和石墨匀热片3，盘体使用工作温度800-1150度的耐高温不锈钢或同等高温合金材料，但它们的导热率较差，因此，在工作时距离晶圆近的面附近填充垂直方向导热系数优异石墨箔匀热片，并使用专用工装压紧，将零件进行真空钎焊密封，保证石墨匀热片和上下面紧密接触，保证良好导热效果；将石墨箔匀热片按方形铠装加热管的根数分为两片或三片，减少方形铠装加热管工作时温度变化的干扰，提高加热盘体的温度分布均匀性。加热盘体开有匀气沟槽及密封面，匀气沟槽将加热管所产生的温度通过气体匀热，进一步提高温度均匀性；密封面用来与陶瓷面接触，保证密封。陶瓷匀热盘4，加热盘体顶面还安装了带支撑晶圆的小凸台的陶瓷匀热盘，陶瓷匀热盘表面支撑晶圆的小凸台能减少晶圆与加热器的接触，减少磨损；方形铠装加热管和控温热电偶距离陶瓷匀热盘较远，无法实时反馈陶瓷匀热盘的温度，对工艺控制造成困扰，在陶瓷匀热盘中心加工测温孔，测温热电偶与测温孔紧密接触，可以准确测量工艺温度。金属固定环，金属固定环压紧陶瓷匀热盘，防止漏气；金属固定环外表面喷砂处理，增加了粗糙度，有吸附污染物的作用。
工作原理：本发明通过使用双层壳体的方型铠装加热管和方型加热管安装沟槽紧密接触，两根或三根有单独温控的铠装加热管产生热量，并通过石墨匀热片将热量传导到表面，热量经过匀气沟槽匀热传导至陶瓷匀热盘，从而实现对晶圆的加热，通过接触陶瓷匀热盘的测温热电偶实时测量盘体温度，保证工艺稳定，同时陶瓷匀热盘和金属固定环对内部的加热器起到防护作用，污染物都会被金属固定环上喷砂层吸附。
本发明为组装结构件，通过使用内区、外区方形铠装加热管嵌入耐高温不锈钢盘体的紧密配合的方槽中，使用真空钎焊工艺，并在内部焊接石墨箔匀热片，提高金属加热器的温度均匀性；在加热器上安装陶瓷匀热盘，陶瓷匀热盘上距离晶圆很近的位置开有热电偶测温孔，在工艺时可以很好控制晶圆的温度，保证工艺稳定，同时陶瓷匀热盘耐磨性好，工艺时污染少，连续工作时间大大增加，可以显著提高生产效率，同时价格低于整体陶瓷加热器。
本发明的上述实施例，仅仅是清楚地说明本发明所做的举例，但不用来限制本发明的保护范围，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各项权利要求限定。

Claims (7)

1.一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，包括金属加热器主体（1）、金属固定环（5），其特征在于：所述金属加热器主体（1）设置有盘体（1-1）、盘体（1-1）底部设置有安装轴（1-9）、安装轴（1-9）内设置有测温热电偶（1-7）和若干个气体管路（1-8），金属加热器主体（1）的盘体(1-1)内嵌设有若干个方型铠装加热管（2）和石墨匀热片（3），顶面设置有陶瓷匀热盘（4）；所述盘体（1-1）和陶瓷匀热盘（4）外围设置有金属固定环（5）；所述盘体（1-1）上设置有表面匀气沟槽（1-2）、外圈密封面（1-3）、内圈密封面（1-4）、方型加热管安装沟槽（1-5）和石墨匀热片安装槽（1-6）；所述方型铠装加热管（2）设置有内区方型铠装加热管（2-1）和外区方型铠装加热管（2-2），所述方型铠装加热管外壳设置为方型，内部设置为圆形铠装加热管，加热管外壳和圆形铠装加热管之间设置有导热层（2-4）；所述的陶瓷匀热盘（4）顶面均布有若干数量的支撑晶圆的小凸台（4-1），底面设置有密封面（4-2）。
2.根据权利要求1所述的一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，其特征在于：所述的石墨匀热片（3）设置有内区石墨匀热板（3-1）和外区石墨匀热板（3-3）。
3.根据权利要求1所述的一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，其特征在于：所述的金属固定环（5）外周设置有喷砂层。
4.根据权利要求1所述的一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，其特征在于：所述金属加热器主体（1）由盘体（1-1）、、安装轴（1-9）、测温热电偶（1-7）和若干个气体管路（1-8）通过自熔焊接、电子束焊接方式焊接组合而成。
5.根据权利要求1或4所述的一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，其特征在于：所述盘体（1-1）采用材料为：工作温度800-1150度的耐高温不锈钢或同等高温的合金。
6.根据权利要求1所述的一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，其特征在于：所述导热层（2-4）采用材料为：导热良好的金属或者更耐高温的氧化镁粉。
7.根据权利要求1所述的一种降低晶圆离子污染的高均匀性晶圆加热器，其特征在于：所述的测温热电偶为带弹性伸缩的陶瓷盘测温热电偶。
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