CN114975178A - 温度控制组件、半导体处理腔室及半导体处理设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及半导体设备技术领域，提供了一种温度控制组件、半导体处理腔室及半导体处理设备，其中，半导体处理腔室包括腔体、温度控制组件以及驱动组件。温度控制组件活动设置于腔体中。驱动组件用于驱动温度控制组件接近或远离腔体中的承载件放置区域，并实现承载件放置在温度控制组件上并贴合。本申请能够提高传热效率。

Description

温度控制组件、半导体处理腔室及半导体处理设备
技术领域
本申请涉及半导体设备技术领域，特别是涉及一种温度控制组件、半导体处理腔室及半导体处理设备。
背景技术
在半导体技术领域，需要对基片进行各种处理，处理时基片的温度需要进行控制，将温度范围控制在工艺所需求的范围内，在产业中，相关控制的精确、高效能够提高稳定性以及减少工时，从而降低成本。
例如对硅片进行扩散时，需要将硅片加热到一定的温度，扩散完成后需要将热量散发出去，升温、保持一定温度以及降温的过程中需要温度的精确控制，加热、降温效率将会影响整个工序的时间。
例如在泛半导体技术领域，对于太阳能电池片制造对这些过程控制的要求越来越高，随着太阳能发电的普及，光伏产品的需求量越来越大，由于产量的不断增加，对制造光伏产品的设备要求也越来越高。制造光伏产品的设备不仅要增加产能，而且硅片尺寸越来越大，对电池片效率要求也越来越高。
具体到异质结太阳能电池领域，异质结电池片工艺理论效率达到28％以上，是目前理论效率最高的工艺路线，并且该工艺路线工序简单，只有4道工序，比目前主流的PERC(Passivated Emitter and Rear Cell，射极钝化及背电极)和TOPCON(Tunnel OxidePassivated Contact，隧穿氧化层钝化接触)工艺路线减少5道以上工序，具有极好的发展前景。异质结电池工艺流程的4道工序分别为制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、导电膜沉积、丝网印刷电极。其中非晶硅薄膜可以采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积法)来进行沉积，具体包括进料腔室、加热腔室、工艺腔室、隔离腔室和下料腔室等腔室，都需要对这些腔室内中温度进行控制，采用热辐射的方式加热基片，加热效率低，进行冷却时通常也采用自然冷却、风冷等方式，温度控制效率上来看，还需要进行提高。
发明内容
有鉴于此，本申请主要解决的技术问题是提供一种温度控制组件、半导体处理腔室及半导体处理设备，提高传热效率。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种温度控制组件，其用于半导体处理设备，温度控制组件包括主体和多个导热部，导热部可拆卸地设置于主体，多个导热部与承载件的接触面的形状凹凸匹配，至少导热部的顶面与承载件贴合。
本申请的一些实施例中，温度控制组件还包括升温部件和/或降温部件，升温部件用于提高承载件的温度，降温部件用于降低承载件的温度。
本申请的一些实施例中，多个导热部与主体形成的组合具有与承载件相匹配的形状，承载件放置时能够相互贴合。
本申请的一些实施例中，承载件包括加强筋，相邻两个导热部之间形成避让承载件上加强筋的间隙。
本申请的一些实施例中，升温部件设置于主体和/或导热部内。
本申请的一些实施例中，降温部件设置于主体和/或导热部内。
本申请的一些实施例中，温度控制组件包括阀门。其中，主体和/或导热部内具有流道，阀门设置于流道的入口端，用于可选择地将流道与高温液体供应管道和/或低温液体管道连通，并能够调节高温液体和低温液体的供应量。
本申请的一些实施例中，温度控制组件包括温度传感器和控制器。温度传感器用于检测流道内液体的温度。控制器分别与阀门以及温度传感器控制连接，用于依据温度传感器的检测数据控制阀门动作，以调节高温液体和低温液体的供应量。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种半导体处理腔室，包括腔体、温度控制组件以及驱动组件。温度控制组件为上述的温度控制组件，温度控制组件活动设置于腔体中。驱动组件用于驱动温度控制组件接近或远离腔体中的承载件放置区域，并实现承载件放置在温度控制组件上并贴合。
本申请的一些实施例中，驱动组件沿竖向驱动温度控制组件。
本申请的一些实施例中，驱动组件包括旋转机构，旋转机构将温度控制组件旋转角度，使温度控制组件的顶面与水平面的夹角可调节。
本申请的一些实施例中，腔体具有进气口，进气口用于向腔体内输送气体，并使得气体沿水平方向流动至承载件放置区域。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种半导体处理设备，包括依次设置的进料腔室、加热腔室、工艺腔室、隔离腔室、下料腔室、承载件以及驱动组件。承载件承载基片在进料腔室、加热腔室、工艺腔室、隔离腔室和下料腔室中的任意一者中保持以及在任意两者之间传输。进料腔室、加热腔室、工艺腔室、隔离腔室或下料腔室包括上述的温度控制组件。驱动组件用于驱动温度控制组件接近或远离承载件放置区域，并实现承载件放置在温度控制组件上并贴合。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种半导体处理设备，包括依次设置的进料腔室、加热腔室、工艺腔室、隔离腔室和下料腔室，加热腔室为上述半导体处理腔室。
本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请中，温度控制组件活动设置于腔体中，能够在承载件进入腔体后，接近并接触承载件。温度控制组件与承载件之间通过热传导的方式传递热量，承载件与承载于其上的基片能够通过热传导的方式传递热量，由此，相比于其它技术中的热辐射的方式，本申请能够提高温度控制组件调节基片温度的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请半导体处理设备一实施例的结构示意图；
图2是其它技术中承载件位于加热腔室的示意图；
图3是本申请一实施例的承载件位于一实施例的半导体处理腔室中的结构示意图；
图4是图3中温度控制组件的三维结构示意图；
图5是本申请一实施例的温度控制组件中阀门的结构示意图；
图6是本申请另一实施例的温度控制组件中阀门的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。
请参阅图1，图1是本申请半导体处理设备一实施例的结构示意图。
在一些实施例中，半导体处理设备通过等离子体增强化学气相沉积法在基片上镀膜，基片为硅片。
在一些实施例中，半导体处理设备包括依次设置的进料腔室101、加热腔室102、工艺腔室103、隔离腔室104和下料腔室105以及承载件6。承载件6承载基片在进料腔室101、加热腔室102、工艺腔室103、隔离腔室104和下料腔室105中的任意一者中保持以及在任意两者之间传输。具体地，承载件6用于承载基片，并带动基片依次经过进料腔室101、加热腔室102、工艺腔室103、隔离腔室104和下料腔室105。承载件6进入各腔室后，停留一段时间，以使得基片被处理。承载件6进入各腔室的方式不作限定，在一些实施例中，承载件6通过输送组件被输送进各腔室，在另一些实施例中，可以通过机械手抓取承载件6后放置于各腔室。
在一些实施例中，进料腔室101用于使得承载件6和基片进入半导体处理设备，并将其初步加热。加热腔室102用于将承载件6和基片再次加热，使其升温至工艺所需温度。工艺腔室103用于将承载件6和基片加热以维持工艺所需温度，并对基片镀膜。隔离腔室104用于使得承载件6和基片初步冷却，冷却方式例如为风冷、自然冷却。下料腔室105用于使得承载件6和基片再次冷却，并传送出半导体处理设备。
请参阅图2，图2是其它技术中承载件504位于加热腔室501的示意图。
其它技术中，加热腔室501内固定设置有第一发热板502和第二发热板503，第一发热板502和第二发热板503在竖向间隔设置。承载件504承载基片并携带基片进入加热腔室501后，第一发热板502和第二发热板503均与承载件504间隔设置，分别自基片的上下两侧通过热辐射的方式加热基片。
其它技术中，加热腔室501的加热效率低。
为解决上述技术问题，本申请提供一种半导体处理腔室。
请参阅图3，图3是本申请一实施例的承载件6位于一实施例的半导体处理腔室中的结构示意图。
在一些实施例中，半导体处理腔室包括腔体2、温度控制组件4以及驱动组件10。温度控制组件4活动设置于腔体2中。驱动组件10用于驱动温度控制组件4接近或远离腔体2中的承载件放置区域，并实现承载件6放置在温度控制组件4上并贴合。
在承载件6进入腔体2前，温度控制组件4处于第一预定位置，以避免阻碍承载件6进入腔体2。当承载件6进入腔体2后，承载件6处于腔体2内的承载件放置区域。驱动组件10驱动温度控制组件4移动至第二预定位置，接近并接触承载件6，温度控制组件4接触承载件6状态下，与承载件6交换热量。温度控制组件4接触承载件6预定时间后，驱动组件10驱动温度控制组件4返回第一预定位置(远离承载件6)，以避免阻碍承载件6离开腔体2。
温度控制组件4与承载件6之间通过热传导的方式传递热量，承载件6与承载于其上的基片通过热传导的方式传递热量。由此，相比于其它技术中的热辐射的方式，本实施例能够提高温度控制组件4调节基片温度的效率。
半导体处理腔室调节基片温度具体包括加热基片或冷却基片。上述的进料腔室101、加热腔室102、工艺腔室103、隔离腔室104和下料腔室105均可以采用上述实施例的半导体处理腔室。其中，进料腔室101、加热腔室102和工艺腔室103均用于对承载件6上的基片加热，因此，进料腔室101、加热腔室102或工艺腔室103可以为上述实施例的半导体处理腔室，以提高半导体处理设备的加热效率。隔离腔室104和下料腔室105均用于对承载件6上的基片冷却，因此，隔离腔室104或下料腔室105可以为上述实施例的半导体处理腔室，以提高半导体处理设备的冷却效率。
半导体处理腔室内，温度控制组件4可以沿直线路径移动，也可以沿曲线路径移动，本申请不作限制。
半导体处理腔室内，温度控制组件4可以从承载件6的上、下、左、右等方向接近并接触承载件6。通常，承载件6为平板状，以尽量多地承载基片。在一些实施例中，如图3所示，为避免挤压基片以及为争取最大的接触面积，驱动组件10沿竖向驱动温度控制组件4。具体地，温度控制组件4能够沿竖向相对腔体2往复移动，即温度控制组件4能够升、降。在一些实施例中，驱动组件10包括气缸，气缸用于带动温度控制组件4升降。当承载件6进入腔体2后，驱动组件10驱动温度控制组件4上升并接触承载件6。经过预定时间后，驱动组件10驱动温度控制组件4下降以远离承载件6。
由于腔体2尺寸大，承载件6的尺寸也较大，例如，在承载件6为矩形平板状时，其边长的范围可达到4米。较大规格的承载件6在受热过程中，其边缘在重力作用下容易下垂，导致承载件6变形，从而造成基片镀膜不均匀。因此，在一些实施例中，承载件6具有承载主体601和加强筋602，承载主体601为平板状，用于承载产品，加强筋602凸设于承载主体601背向产品的一侧表面。由此，能够减小承载主体601变形的概率，保证产品镀膜均匀性。
在承载件6具有加强筋602的实施例中，温度控制组件4与承载件6接触时，只能接触加强筋602，导致接触区域小。一方面，造成传热效率低，另一方面，承载件6上与温度控制组件4的接触部分和不接触部分温度不均匀。
请一并参阅图4，图4是图3中温度控制组件4的三维结构示意图。
为解决上述问题，在一些实施例中，温度控制组件4包括主体401和多个导热部402。
导热部402可拆卸地设置于主体401。可拆卸连接方式可以为螺纹连接、卡扣连接或通过螺栓连接。
导热部402采用传热效率高的材料，如石墨、碳纤维、铝等。在一些实施例中，导热部402的材质为石墨。石墨导热系数高、表面平滑、热变形小，可以提高传热效率、增大有效接触面积、降低加热时间、增加使用寿命。
多个导热部402与承载件6的接触面的形状凹凸匹配，至少导热部402的顶面与承载件6贴合。
具体地，在一些实施例中，温度控制组件4仅通过多个导热部402与承载件6中的承载主体601接触，而主体401不与加强筋602接触，以使得导热部402与承载主体601更好地贴合。在另一些实施例中，在温度控制组件4和承载件6的精度较高的情形下，主体401也与加强筋602接触，使得主体401还通过加强筋602与承载主体601传递热量。
本实施例中，至少导热部402的顶面与承载主体601接触，能够保证实现接触。另外，由于导热部402可拆卸设置于主体401，在更换不同的承载件6时，仅需对应更换导热部402即可，不需更换主体401，由此，能够提高工作效率。例如在太阳能电池片制造领域，通常采用承载件6承载硅片在各个腔室内转移，而目前硅片的型号并不统一，因此对应的承载件6的尺寸也会随着硅片尺寸的变化而变化，在导热部402可拆卸且与承载件6尺寸匹配时，就无需更换整个温度控制组件4，保持了适配性的同时，提高了零件的通用性，从而能够满足不同情形的需求，能够降低设备成本。
在一些实施例中，多个导热部402与主体401形成的组合具有与承载件6相匹配的形状，承载件6放置时能够相互贴合。
具体地，相邻两个导热部402之间形成避让承载件6上加强筋602的间隙。
在一些实施例中，温度控制组件4还包括升温部件(图未示)和/或降温部件(图未示)。
升温部件用于提高承载件6的温度。在一些实施例中，升温部件设置于主体401和/或导热部402内。具体地，在一些实施例中，升温部件为电阻丝，电阻丝得电后发热。电阻丝埋设于主体401和/或导热部402内。在一些实施例中，升温部件为主体401和/或导热部402内的流道，流道内具有循环流动的高温液体。
降温部件用于降低承载件6的温度。在一些实施例中，降温部件设置于主体401和/或导热部402内。具体地，在一些实施例中，降温部件为主体401和/或导热部402内的流道，流道内具有循环流动的低温液体。
在一些实施例中，主体401和/或导热部402内具有流道。此处“和/或”具体指：流道位于主体401内，或流道位于导热部402内，或流道的一部分位于主体401内，另一部分位于导热部402内。流道的数量可以为多个，多个流道布满主体401和/或导热部402的内部，以提高传热效率。流道具有入口端和出口端。入口端用于流入液体，出口端用于流出液体。
温度控制组件4还包括阀门。阀门设置于流道的入口端，用于可选择地将流道与高温液体供应管道和/或低温液体管道连通，并能够调节高温液体和低温液体的供应量。此处“和/或”具体指：阀门将流道与高温液体供应管道连通，高温液体供应管道向流道内供应高温液体；阀门将流道与低温液体供应管道连通，低温液体供应管道向流道内供应低温液体；阀门同时将流道与高温液体供应管道、低温液体供应管道连通，高温液体供应管道和低温液体管道分别向流道内供应高温液体和低温液体。
下面参照图5和图6介绍阀门如何调节高温液体和低温液体的供应量。图5是本申请一实施例的温度控制组件中阀门403的结构示意图。图6是本申请另一实施例的温度控制组件中阀门404的结构示意图。图中箭头表示液体流向。
本申请的一些实施例中，阀门403将流道7分别与高温液体供应管道8、低温液体供应管道9连接。阀门403属于混合开关。阀门403可选地为市售产品。
本申请的一些实施例中，一个阀门404将流道7与高温液体供应管道8连接，另一个阀门404将流道7与低温液体供应管道9连接。阀门404属于独立开关。阀门404可选地为市售产品。
为方便对阀门自动化控制，在一些实施例中，温度控制组件4包括温度传感器和控制器。温度传感器用于检测流道内液体的温度。温度传感器可选地为市售产品。控制器分别与阀门以及温度传感器控制连接，用于依据温度传感器的检测数据控制阀门动作，以调节高温液体和低温液体的供应量。控制器例如为单片机。控制器可选地为市售产品。
向流道内全部注入高温液体时能够实现最大的加热速率，向流道内全部注入低温液体时能够实现最大的冷却速率。上述实施例，能够使温度控制组件4的温度变化率可控，并使得温度控制的方式多样化，能够满足不同的应用场景。
在一些实施例中，腔体2具有进气口(图未示)，进气口用于向腔体2内输送气体，并使得气体沿水平方向流动至承载件放置区域。在一些实施例中，半导体处理腔室为加热腔室102，气体为热空气，以辅助加热基片。在一些实施例中，半导体处理腔室为工艺腔室103，气体为工艺气体，用于在基片上镀膜。在一些实施例中，半导体处理腔室为隔离腔室104，气体为冷空气，以辅助冷却基片。温度控制组件4与承载件6接触后，承载件6的顶面处于水平状态。气体难以均匀地吹到基片上。
为此，驱动组件10还包括旋转机构(图未示)，旋转机构将温度控制组件4旋转角度，使温度控制组件4的顶面与水平面的夹角可调节。具体地，在一些实施例中，驱动组件10包括气缸和电机。温度控制组件4可转动地设置于气缸的移动端，电机用于驱动温度控制组件4转动预定角度。在该实施例中，电机即为旋转机构。
通过旋转机构调节温度控制组件4相对水平面的倾斜度，从而调节承载于温度控制组件4上的承载件6相对水平面的倾斜度，例如，使得承载件6的顶面相对水平面的夹角为3°，使得基片具有迎着气流方向的斜面，使气体能够充分接触承载件6上的基片。
在温度控制组件4用于加热基片的实施例中，为能够在基片的正上方加热基片，在一些实施例中，半导体处理腔室还包括上发热板22。上发热板22固定设置于腔体2内，与温度控制组件4在竖向间隔设置。承载件6携带基片进入腔体2后，位于上发热板22和温度控制组件4之间。上发热板22用于通过热辐射的方式从基片的正上方加热基片。
在一些实施例中，半导体处理腔室还设置有隔热板24。隔热板24容置于腔体2内，邻近腔壁设置，用于将腔体2中央区域的热量反射回去，以降低腔壁的温度，防止热量散失，降低能耗，同时，提高腔体2内温度均匀性。
综上所述，本申请至少具有如下有益效果。
温度控制组件4与承载件6接触进行热传导传热，传热效率远高传统的热辐射，提高了传热效率。导热部402与主体401可拆卸连接，在更换不同规格承载件6的时候，可以仅更换导热部402而不用更换主体401，极大提高了生产效率。导热部402采用石墨材质，导热性能好、热变形小，提高了加热速度。承载件6增加了加强筋602，加强了承载件6强度，减轻甚至避免承载件6变形，提高了基片镀膜均匀性。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种温度控制组件，其用于半导体处理设备，其特征在于，包括：
主体；
多个导热部，所述导热部可拆卸地设置于所述主体；
多个所述导热部与承载件的接触面的形状凹凸匹配，至少导热部的顶面与所述承载件贴合。
2.根据权利要求1所述温度控制组件，其特征在于，包括：
升温部件和/或降温部件，所述升温部件用于提高所述承载件的温度，所述降温部件用于降低所述承载件的温度。
3.根据权利要求1或2所述温度控制组件，其特征在于，
多个所述导热部与所述主体形成的组合具有与所述承载件相匹配的形状，所述承载件放置时能够相互贴合。
4.根据权利要求3所述温度控制组件，其特征在于，
所述承载件包括加强筋，相邻两个所述导热部之间形成避让所述承载件上所述加强筋的间隙。
5.根据权利要求2所述温度控制组件，其特征在于，
所述升温部件设置于所述主体和/或所述导热部内。
6.根据权利要求2所述温度控制组件，其特征在于，
所述降温部件设置于所述主体和/或所述导热部内。
7.根据权利要求1所述温度控制组件，其特征在于，包括：
阀门，
其中，所述主体和/或所述导热部内具有流道，所述阀门设置于所述流道的入口端，用于可选择地将所述流道与高温液体供应管道和/或低温液体管道连通，并能够调节所述高温液体和所述低温液体的供应量。
8.根据权利要求7所述温度控制组件，其特征在于，包括：
温度传感器，所述温度传感器用于检测所述流道内液体的温度；
控制器，所述控制器分别与所述阀门以及所述温度传感器控制连接，用于依据所述温度传感器的检测数据控制所述阀门动作，以调节所述高温液体和所述低温液体的供应量。
9.一种半导体处理腔室，其特征在于，包括：
腔体；
如权利要求1至8任一所述的温度控制组件，所述温度控制组件活动设置于所述腔体中；
驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述温度控制组件接近或远离所述腔体中的承载件放置区域，并实现所述承载件放置在所述温度控制组件上并贴合。
10.根据权利要求9所述半导体处理腔室，其特征在于，
所述驱动组件沿竖向驱动所述温度控制组件。
11.根据权利要求9所述半导体处理腔室，其特征在于，
所述驱动组件包括旋转机构，所述旋转机构将所述温度控制组件旋转角度，使所述温度控制组件的顶面与水平面的夹角可调节。
12.根据权利要求9所述半导体处理腔室，其特征在于，
所述腔体具有进气口，所述进气口用于向所述腔体内输送气体，并使得所述气体沿水平方向流动至所述承载件放置区域。
13.一种半导体处理设备，其特征在于，包括：
依次设置的进料腔室、加热腔室、工艺腔室、隔离腔室和下料腔室，以及承载件，所述承载件承载基片在所述进料腔室、所述加热腔室、所述工艺腔室、所述隔离腔室和所述下料腔室中的任意一者中保持以及在任意两者之间传输；
所述进料腔室、所述加热腔室、所述工艺腔室、所述隔离腔室或所述下料腔室包括如权利要求1至8任一所述的温度控制组件；
驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述温度控制组件接近或远离承载件放置区域，并实现所述承载件放置在所述温度控制组件上并贴合。
14.一种半导体处理设备，其特征在于，包括：
依次设置的进料腔室、加热腔室、工艺腔室、隔离腔室和下料腔室，所述加热腔室为权利要求9至12任一所述的半导体处理腔室。
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