CN113737157A - 可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器 - Google Patents

可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，包括上板，上板内孔顶面嵌设有铠装加热管，上板中部设置有测温热电偶；所述上板内孔里从上向下依次设置有盖板、冷却板和支撑轴；支撑轴上轴肩A卡设在上板下端，下轴肩B端面均匀设置有多个导向块；冷却板包括冷却管安装板和石墨匀热层上盖，冷却管安装板内设置有冷却管路，石墨匀热层上盖内设置有石墨匀热层，冷却板中部均布有多个调节螺栓；调节螺栓向下穿过支撑轴内孔和导向块卡槽，多个调节螺栓由固定块固定。本发明结构巧妙合理，方便调节冷却板与加热管距离，适用于多种工艺环境，能大幅度调节晶圆加热器的冷却能力，有效提升了生产效率，大幅降低了成本，提高了使用寿命。

Description

可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器
技术领域
本发明涉及半导体芯片加工领域，尤其涉及可大幅度调节冷却能力的PECVD晶圆加热器。
背景技术
随着半导体芯片技术的飞速发展,半导体代工行业竞争激烈,半导体生产设备面临多样式制程的挑战,原有设备需要进行更先进的制程,晶圆厂需要更低成本的竞争优势,要使用现有设备满足多样化的客户制程需求,才能适应多样化竞争,在行业中保持领先。
(PECVD)晶圆加热器是半导体芯片加工的关键设备，起承载吸附晶圆及提供加热的作用,随着射频工艺功率增加,晶圆加热器在工艺过程中会不断吸收热量,引起晶圆加热器温度不断上升,加热器本身的冷却效率无法有效调节,导致加热器达到稳定温度的时间延长,导致半导体芯片（IC）生产效率下降,严重影响产品质量,
由于晶圆加热器温度无法保持稳定,造成工艺不稳定,报废难以预防,且昂贵的加热器也面临无法适应更高级的射频工艺,需要按不同的工艺进行复杂的加热器更换操作,加热器的通用性差，成本居高不下,因此非常迫切需要找出改善方法来控制晶圆加热器的温度,保证其不受功率不断提升的工艺的影响,及时抵消射频产生的热量,提升IC生产效率及降低成本。
基于上述原因，需要以等离子增强型化学气相淀积(PECVD)为研究对象,研究随着工艺要求的提高,如何通过设计优化,克服存在的问题。
发明内容
本发明的目是解决上述技术问题，提供可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器。
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：一种可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，包括上板，其特征在于：所述上板内孔顶面嵌设有铠装加热管，上板中部设置有测温热电偶；所述上板内孔里从上向下依次设置有盖板、冷却板和支撑轴；所述支撑轴上轴肩A卡设在上板下端，下轴肩B端面均匀设置有多个导向块；所述冷却板包括冷却管安装板和石墨匀热层上盖，所述冷却管安装板内设置有冷却管路，冷却管安装板顶面向上依次设置有石墨匀热层下盖、石墨匀热层、石墨匀热层上盖；所述所述冷却管安装板底部均布有多个调节螺栓；所述调节螺栓向下穿过支撑轴内孔和导向块卡槽，所述多个调节螺栓由固定块固定。
优选的：所述上板顶面均布有多个小凸台和匀气沟槽，所述上板底面设置有内孔，内孔顶面设置有铠装加热管的安装沟槽，内孔口面设置有安装支撑轴的阶梯孔，所述上板内孔顶面向下延伸有多个立柱，所述立柱内设置有顶针孔，顶针孔向上板顶面延伸至小凸台顶面。
优选的：所述测温热电偶内部设置有两个测温头，测温热电偶顶面距离上板顶面2~3mm。
优选的：所述内孔的深度比冷却管安装板、石墨匀热层上盖和盖板的厚度之和大10~20mm。
优选的：所述调节螺栓与冷却板通过螺纹连接；所述导向块上设置有对调节螺栓径向限位的腰形卡槽。
优选的：所述调节螺栓与固定块和导向块设置为间隙配合。
优选的：所述上板和支撑轴通过激光焊接，所述上板和支撑轴外周设置有15~25微米的镀镍层。
优选的：所述冷却管安装板采用材料为:不锈钢, 所述石墨匀热层上盖采用材料为:铜，所述冷却管安装板与石墨匀热层上盖通过钎焊连接 。
优选的：所述上板1顶面除小凸台1-2顶面外进行喷砂处理至Ra3-5； 小凸台1-2顶面进行研磨，保证粗糙度Ra0.4以内。
本发明的有益效果：
1.冷却板内部设置有调节结构，方便调节冷却板与加热管距离，适用于多种工艺环境，调节范围大，能大幅度调节晶圆加热器的冷却能力，有效提升了生产效率，大幅降低了成本。
2.热电偶内部设有两个测温头，用于测温和监控温度变化, 更精准的控制晶圆温度 。
3.上板顶面设有匀气沟槽及小凸台，匀气沟槽防止晶圆在工艺时滑动，保证工艺稳定，小凸台保证晶圆与上板有一定的间隙，改善晶圆表面的温度均匀性；小凸台表面进行研磨，保证粗糙度Ra0.4以内，防止划伤晶圆；上板顶面除小凸台顶面外进行喷砂处理至Ra3-5，改善热辐射能力，提升晶圆的均匀性。
4.上板和支撑轴外周设置有15~25微米的镀镍层，保证良好的耐腐蚀和耐氧化能力，提高了使用寿命。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明中上板主视图示意图；
图4为本发明中上板后视图示意图；
图5为图3中B-B剖视图；
图6为本发明中冷却板结构示意图；
图7为图6的俯视图；
图8为图6中I处放大图；
图9为本发明中支撑轴结构示意图；
图10为图9的俯视图示意图；
图11为图9的仰视图示意图；
在图中：1. 上板,1-1. 上板主体，1-2. 小凸台，1-3. 安装孔，1-4. 顶针孔，1-5.安装沟槽，1-6. 匀气沟槽，1-7.立柱，1-8.内孔，2. 冷却板，2-1. 冷却管路，2-2. 石墨匀热层，2-3.调节螺栓，2-4. 固定块，2-5、冷却管安装板，2-6、石墨匀热层上盖，2-7. 石墨匀热层下盖3. 支撑轴，3-1. 支撑轴主体，3-2. 密封圈安装槽，3-3. 密封圈锁紧螺纹孔，3-4. 导向块，4. 铠装加热管，5. 盖板，6. 测温热电偶 。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图中：可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，包括上板1，其特征在于：所述上板1内孔顶面嵌设有铠装加热管4，上板1中部设置有测温热电偶6；所述上板1内孔里从上向下依次设置有盖板5、冷却板2和支撑轴3；所述支撑轴3上轴肩A卡设在上板1下端，下轴肩B端面均匀设置有多个导向块3-4；所述冷却板2包括冷却管安装板2-5和石墨匀热层上盖2-6，所述冷却管安装板2-5内设置有冷却管路2-1，冷却管安装板2-5顶面向上依次设置有石墨匀热层下盖2-7、石墨匀热层2-2、石墨匀热层上盖2-6；所述所述冷却管安装板2-5底部均布有多个调节螺栓2-3；所述调节螺栓2-3向下穿过支撑轴3内孔和导向块3-4卡槽，所述多个调节螺栓2-3由固定块2-4固定。
本优选实施例中，所述上板1顶面均布有多个小凸台1-2和匀气沟槽1-6，所述上板1底面设置有内孔1-8，内孔1-8顶面设置有铠装加热管4的安装沟槽1-5，内孔1-8口面设置有安装支撑轴3的阶梯孔，所述上板1内孔顶面向下延伸有多个立柱1-7，所述立柱1-7内设置有顶针孔1-4，顶针孔1-4向上板1顶面延伸至小凸台1-2顶面。
本优选实施例中，所述测温热电偶6内部设置有两个测温头，测温热电偶6顶面距离上板1顶面2~3mm。
本优选实施例中，所述内孔1-8的深度比冷却管安装板2-5、石墨匀热层上盖2-6和盖板5的厚度之和大10~20mm。
本优选实施例中，所述调节螺栓2-3与冷却板2通过螺纹连接；所述导向块3-4上设置有对调节螺栓2-3径向限位的腰形卡槽。
本优选实施例中，所述调节螺栓2-3与固定块2-4和导向块3-4设置为间隙配合。
本优选实施例中，所述上板1和支撑轴3通过激光焊接，所述上板1和支撑轴3外周设置有15~25微米的镀镍层。
本优选实施例中，所述冷却管安装板2-5采用材料为:不锈钢, 所述石墨匀热层上盖2-6采用材料为:铜，所述冷却管安装板2-5与石墨匀热层上盖2-6通过钎焊连接 。
本优选实施例中，所述上板1顶面除小凸台1-2顶面外进行喷砂处理至Ra3-5； 小凸台1-2顶面进行研磨，保证粗糙度Ra0.4以内。
具体实施时，将截面为近似正方形的铠装加热管4镶嵌到晶圆加热器上板主体1的铠装加热管安装沟槽1-5内，并使用真空钎焊将加热管盖板5和晶圆加热器上板主体1焊接起来起来，冷却管路2-1镶嵌在冷却管安装板2-5内，石墨匀热层2-2通过焊接组装在冷却管安装板2-5和石墨匀热层上盖2-6之间，石墨匀热层上盖2-6和石墨匀热层下盖2-7使用激光焊接连接，冷却板2上的组合调节螺栓2-3和支撑轴3连接，支撑轴3通过激光焊接与晶圆加热器上板主体1密封连接，并通过密封圈安装槽3-2使用密封圈来保证密封真空。
工作原理 ，芯片加工过程中，由射频产生的热量传递到晶圆加热器上板主体1上，晶圆加热器温度急速上升，此时通过调节螺栓2-3调节冷却板2与铠装加热管4的距离，通过测温热电偶6控制其和铠装加热管4之间的距离，在冷却板2的作用下，及时抵消射频工艺产生的大量热量，保证工艺时晶圆加热器的温度稳定，使用一款晶圆加热器就可以胜任多种工艺环境，无需更换不同型号的价格昂贵的晶圆加热器，且调节简单，有效提升了生产效率和保证成本的大幅降低。
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 (9)

1.可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，包括上板（1），其特征在于：所述上板（1）内孔顶面嵌设有铠装加热管（4），上板（1）中部设置有测温热电偶（6）；所述上板（1）内孔里从上向下依次设置有盖板（5）、冷却板（2）和支撑轴（3）；所述支撑轴（3）上轴肩A卡设在上板（1）下端，下轴肩B端面均匀设置有多个导向块（3-4）；所述冷却板（2）包括冷却管安装板（2-5）和石墨匀热层上盖（2-6），所述冷却管安装板（2-5）内设置有冷却管路（2-1），冷却管安装板（2-5）顶面向上依次设置有石墨匀热层下盖（2-7）、石墨匀热层（2-2）、石墨匀热层上盖（2-6）；所述所述冷却管安装板（2-5）底部均布有多个调节螺栓（2-3）；所述调节螺栓（2-3）向下穿过支撑轴（3）内孔和导向块（3-4）卡槽，所述多个调节螺栓（2-3）由固定块(2-4)固定。
2.根据权利要求1所述的可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，其特征在于：所述上板（1）顶面均布有多个小凸台（1-2）和匀气沟槽（1-6），所述上板（1）底面设置有内孔（1-8），内孔（1-8）顶面设置有铠装加热管（4)的安装沟槽（1-5），内孔（1-8）口面设置有安装支撑轴（3）的阶梯孔，所述上板（1）内孔顶面向下延伸有多个立柱（1-7），所述立柱（1-7）内设置有顶针孔（1-4），顶针孔（1-4）向上板（1）顶面延伸至小凸台（1-2）顶面。
3.根据权利要求1所述的可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，其特征在于：所述测温热电偶（6）内部设置有两个测温头，测温热电偶（6）顶面距离上板（1）顶面2~3mm。
4.根据权利要求2所述的可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，其特征在于：所述内孔（1-8）的深度比冷却管安装板（2-5）、石墨匀热层上盖（2-6）和盖板（5）的厚度之和大10~20mm。
5.根据权利要求1所述的可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，其特征在于：所述调节螺栓（2-3）与冷却板（2）通过螺纹连接；所述导向块（3-4）上设置有对调节螺栓（2-3）径向限位的腰形卡槽。
6.根据权利要求1所述的可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，其特征在于：所述调节螺栓（2-3）与固定块（2-4）和导向块（3-4）设置为间隙配合。
7.根据权利要求1所述的可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，其特征在于：所述上板（1）和支撑轴（3）通过激光焊接，所述上板（1）和支撑轴（3）外周设置有15~25微米的镀镍层。
8.根据权利要求1所述的可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，其特征在于：所述冷却管安装板（2-5）采用材料为:不锈钢, 所述石墨匀热层上盖（2-6）采用材料为:铜，所述冷却管安装板（2-5）与石墨匀热层上盖（2-6）通过钎焊连接 。
9.根据权利要求2所述的可大幅度调节冷却能力的晶圆加热器，其特征在于：所述上板（1）顶面除小凸台（1-2）顶面外进行喷砂处理至Ra3-5； 小凸台（1-2）顶面进行研磨，保证粗糙度Ra0.4以内。
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CN116504675A (zh) * 2023-04-25 2023-07-28 亚赛(无锡)半导体科技有限公司 一种半导体生产设备用加热器
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