CN111403316A - 一种提高硅片温度均匀性的加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体设备制造技术领域，具体提供了一种提高硅片温度均匀性的加热系统,该系统采用加热盘对于硅片进行加热，所用加热盘具有盘柄，其中盘柄贯穿腔体内外，该系统包含一真空腔体，硅片与加热盘均位于该腔体内，加热盘对硅片进行非接触热辐射式加热，且加热盘与硅片之间的加热距离可调，同时加热盘具备旋转功能，旨在提高硅片的温度均匀性。本技术方案中硅片与加热盘之间无接触，热传递仅靠热辐射方式，这种传热方式对于硅片的温度均匀性影响同样有良好影响。
Description
技术领域
本发明属于半导体设备制造技术领域，具体提供了一种提高硅片温度均匀性的加热系统。
背景技术
目前绝大多数半导体设备的硅片都置于加热盘表面，加热盘通过热传导及热辐射的方式对硅片加热，因此薄膜的质量受硅片与加热盘的接触点分布及加热盘自身的温度均匀性双重影响，而均匀性完美的加热盘是不存在的，良好的温度均匀性是目前加热盘的技术难点，而对加热盘的较高要求同样提高了加热盘的成本。另外，在使用加热盘对硅片进行加热的过程中，半导体设备中多为机械手控制的自动传片，而做工艺时的硅片位置与传片时的硅片位置多有不同，因此需要硅片有升降功能才能满足工艺的不同位置需求及传片需求，以往的做法是将加热盘盘面加工出3个孔，并安装3个细长销轴用于支撑硅片进行传片，这种方式的缺点是加热盘上有缺损的3个孔洞，这3个孔洞就对加热盘内的加热丝排布进行了限制，如果加热盘为陶瓷材料，那么加热盘内的接地网仍然会因为这3个孔洞而增加制作成本，另外一个缺点是这3个孔洞对加热盘的温度均匀性也有一定影响。另外现有的硅片在晶圆薄膜进行沉积的时候无法改变硅片的倾斜角度，无法调整薄膜的薄厚情况，不利于提高产品的质量。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种提高硅片温度均匀性的加热系统，采用加热盘对于硅片进行加热，该加热盘具有筒状盘柄，其中盘柄贯穿腔体内外，该系统包含一真空腔体，硅片与加热盘均位于该腔体内，加热盘通过连接旋转组件对硅片进行非接触旋转加热。
进一步地，所述的旋转组件包括一驱动电机，该驱动电机上通过轴套传动连接一长轴，该长轴通过法兰与盘柄传动连接，此机构可以实现加热盘的旋转功能。
进一步地，所述的硅片与一升降组件连接。
进一步地，该硅片升降组件包括三个升降支撑单元，每个升降单元包括一支撑柱，其上设有卡爪，该支撑柱通过电机、丝杠及滑块三者配合的实现上下运动。
进一步地，所述的加热盘通过连接升降组件实现上下运动。
进一步地，所述的加热盘的升降组件，包括与盘柄连接的滑块，该滑块在电机与丝杠驱动下实现上下运动。
进一步地，在盘柄与腔体，及每个支撑柱与腔体贯穿处均设有一可伸缩密封装置，该密封装置采用波纹管。
本发明的优势：
本专利所述的加热盘底部机构具有旋转与升降功能，可以根据不同的硅片位置控制加热盘的位置，旋转的加热盘对其温度均匀性的要求大大降低，只需内外圈的温差不要过大即可，无需保证盘面的每一个位置都具有相同温度，可以降低加热盘的制作成本。本案中硅片与加热盘之间无接触，热传递仅靠热辐射方式，这种传热方式对于硅片的温度均匀性影响有良好影响，另外本方案中的加热盘为一完整结构，盘面没有孔洞，硅片的升降功能由电机联动支撑柱实现，这种传片方式更加稳定，避免了以往因为加热盘销孔干洗不干净而导致销轴断裂的可能，通过三点支撑硅片，可以根据晶圆薄膜沉积情况调整硅片的倾斜角度，实现高质量生产。
附图说明
图1为发明的一种实施例结构示意图；
图2为本发明的加热盘升降组件示意图；
图3为卡爪的机构示意图；
图4为卡爪与硅片的位置结构示意图；
图中，1-加热盘，2-硅片，3-盘柄，4-支撑柱，5-波纹管，6-滑块A，7-卡爪，8-法兰，9-电机B，10-滑块B，11-电机C，12-长轴，13-集电环，14-磁流体，15-电机A，16-轴套。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1-2，本发明提供了一种提高硅片温度均匀性的加热系统，采用加热盘1对于硅片2进行加热，该加热盘1底部具有长筒状盘柄3，其中盘柄3贯穿腔体内外，该系统包含一真空腔体，硅片2与加热盘1均位于该腔体内，加热盘1具有旋转功能，可对硅片2进行非接触热辐射旋转加热，本方案中加热盘1与硅片2之间的加热距离可调。
本方案中加热盘1的旋转通过连接一旋转组件来实现的，该旋转组件具体包括一驱动电机C11，该驱动电机C11上通过轴套16传动连接一长轴12，该长轴12与盘柄3底部通过一法兰8传动连接，当电机C11运行的时候，通过轴套16传动给长轴12，该长轴12将动力传动给法兰8进而带动着加热盘1对硅片2进行旋转加热。
本方案中加热盘1通过连接一升降组件来实现上下运动，该升降组件具体包括驱动电机B9，该驱动电机B9控制连接一滚珠丝杠及滑块B10，滑块B10一端与丝杠连接，另一端被长轴12穿过，另在盘柄3贯穿腔体外侧设有一密封波纹管，滑块B10上端与波纹管连接，下端与电机B9连接，当滑块B10在电机B9及丝杠驱动上下运动，进而带动加热盘1上下运动，实现加热距离调整。
为了防止盘柄3腔体内电线缠绕，在盘柄3外围波纹管下方，盘柄3部附近设有一集电环13结构。加热盘1多为电加热结构，因此盘内的加热丝供电线及控温线需要从盘柄3的底部出来，为了保证加热盘1旋转并不会带动线缆缠绕，波纹管下部装有集电环13结构，它可以将加热盘1的线缆从旋转端传递到静止端，集电环13的内部为随加热盘1运动的旋转端，集电环13的外部是静止端。波纹管的顶部与腔体之间有端面密封结构，密封材料可以是胶圈或者其他方式，波纹管底部与集电环13顶部之间的端面密封同样采用胶圈的密封方式。
另外，对于加热盘1的旋转，在滑块B10与电机C11之间设有磁流体14作为轴向密封，滑块B10的下表面与磁流体14上表面之间同样采用胶圈的端面密封方式，磁流体14可以有效的对电机轴12进行轴向密封。
加热盘1与硅片2之间的加热距离还可以通过将硅片2与升降组件连接实现上下浮动。该升降组件包括三个升降支撑单元，每个升降单元包括一支撑柱4，该支撑柱4贯穿真空腔体内外，在贯穿处腔体外侧同样设有一波纹管5。支撑柱4连接滑块A6，滑块A6通过丝杠及驱动电机A15驱动上下移动进而带动支撑柱4上下移动。参考图3-4，支撑柱4顶部设有卡爪7，每个卡爪7具有托起部，三个卡爪7对硅片2形成一个碗装的支撑，硅片2终不脱离三个卡爪7的支撑，三个支撑柱4对硅片2，形成了三个点支撑，由于腔内结构不完全对称，有时为了满足薄膜的均匀性，可使三个点以不同高度升起，从而人为的调整硅片2对与加热盘表面的水平角度。此外，如果无需人为改变水平倾角，也可以以相同高度升起，此时硅片2加热盘1面相对平行。
在本方案中，盘柄3所在竖直方向上的波纹管、集电环13、滑块B10、磁流体14、电机B9这几部分的上下结构可以调整，只需要保证负责上下移动的滑块B10在波纹管下方，驱动加热盘1转的电机B9在磁流体14下方即可。上述所述的所有滑块在实现上下滑动运动时候，可以分别设有一导轨，导轨穿过滑块，滑块可沿着导轨上下滑动，即可通过电机、滚珠丝杠、滑块以及固定导轨相互配合实现滑块上下运动。
工作原理
采用本技术方案对于硅片2进行加热的时候，为了实现加热的均匀性，启动驱动电机C11,带动盘柄3进行旋转进而带动加热盘1旋转对硅片2行加热，当加盘旋转起来之后，它的热量都会是以同心圆的形式对硅片2行热辐射，提高了加热的均匀性。如果是内外区域分别控温的加热盘1还可以根据工艺的表现，人为的调整内外区域的温度平均值，这就在一定程度上减轻了薄膜质量对加热盘1均匀性的依赖；加热盘1要求降低了从而也可以大大降低其成本。调整硅片2与加热盘1之间的热辐射距离，可以将三个支撑柱4同时启动，通过丝杠导轨控制各自的滑块运动，实现硅片2与加热盘1距离可调整。或者通过启动电机B9实现滑块带动磁流体14、电机16、集电环13、波纹管5等向上或者向下运动，实现距离可调整。加热盘1或者硅片2的升降的目的是为了控制对硅片2热辐射的距离。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提高硅片温度均匀性的加热系统，采用加热盘对于硅片进行加热，该加热盘具有盘柄，其特征在于：该系统包含一真空腔体，硅片与加热盘均置于该腔体内，加热盘通过连接旋转组件对硅片进行非接触旋转加热。
2.如权利要求1所述的一种提高硅片温度均匀性的加热系统，其特征在于：所述的旋转组件包括一驱动电机，该驱动电机上通过轴套传动连接一长轴，该长轴通过法兰与盘柄传动连接，此机构可以实现加热盘的旋转功能。
3.如权利要求1所述的一种提高硅片温度均匀性的加热系统，其特征在于：所述的硅片与一升降组件连接。
4.如权利要求3所述的一种提高硅片温度均匀性的加热系统，其特征在于：该硅片升降组件包括三个升降支撑单元，每个升降单元包括一支撑柱，该支撑柱通过电机、丝杠及滑块三者配合的实现上下运动。
5.如权利要求1所述的一种提高硅片温度均匀性的加热系统，其特征在于：所述的加热盘通过连接升降组件实现上下运动。
6.如权利要求2所述的一种提高硅片温度均匀性的加热系统，其特征在于：所述的加热盘的升降组件，包括与盘柄连接的滑块，该滑块在电机与丝杠驱动下实现上下运动。
7.如权利要求1所述的一种提高硅片温度均匀性的加热系统，其特征在于：在盘柄与腔体，及每个支撑柱与腔体贯穿处均设有一可伸缩密封装置，该密封装置采用波纹管。
8.如权利要求4所述的一种提高硅片温度均匀性的加热系统，其特征在于：支撑柱上设有卡爪。
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Cited By (1)
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