CN115442927B - 复合式控温盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合式控温盘，包括顶部托盘、导热件、加热组件以及底盘组件，所述顶部托盘、加热组件以及底盘组件依次层叠设置，所述加热组件包括沿径向从外向内套设的多层加热环组，所述导热件设置在所述顶部托盘与加热组件之间，且至少位于所述加热组件的多层加热环组中的最外层加热环组所在的区域，用于增强所述加热组件向顶部托盘的传热效率。本申请中通过顶部托盘与加热组件之间设置导热件，且可以将导热件设置在所述加热组件的最外层加热环组所在的区域，从而用于增强在最外层加热环组所在的区域内，所述加热组件向顶部托盘的传热效率，进而有利于提高晶圆外层区间所述沉积的薄膜厚度和组分的均匀性。

Description

复合式控温盘

技术领域

本发明涉及半导体镀膜设备技术领域，特别是涉及一种复合式控温盘。

背景技术

半导体镀膜设备，如化学气相沉积和原子层沉积等设备在进行薄膜沉积反应时，通常需要对反应腔室和晶圆加热，以确保将反应腔室和晶圆表面的温度维持在薄膜沉积反应所需的温度区间内。控温盘在整个薄膜沉积工艺过程中直接与晶圆接触并持续为晶圆提供薄膜沉积反应所需的热量，因而控温盘是半导体镀膜设备的重要组件之一，它对于工艺中沉积的薄膜的均匀性和完整性起到了十分关键的作用。

采用现有技术的控温盘，在进行薄膜沉积反应时，晶圆外层区间所沉积的薄膜的厚度和组分均匀性较差。

发明内容

基于此，有必要针对采用现有技术的控温盘在晶圆外层区间所沉积的薄膜的厚度和组分均匀性较差的问题，提出一种复合式控温盘。

一种复合式控温盘，包括顶部托盘、导热件、加热组件以及底盘组件，所述顶部托盘、加热组件以及底盘组件依次层叠设置，所述加热组件包括沿径向从外向内套设的多层加热环组，所述导热件设置在所述顶部托盘与加热组件之间，且至少位于所述多层加热环组中的最外层加热环组所在的区域。

在其中一个实施例中，相邻两个所述加热环组分别用于与不同的温控单元连接。

在其中一个实施例中，沿所述加热组件的径向，所述导热件覆盖相邻两层加热环组之间区域。

在其中一个实施例中，所述导热件嵌入至所述顶部托盘靠近所述加热组件的一侧，所述导热件靠近所述加热组件一侧的表面与所述顶部托盘靠近所述加热组件的一侧的表面平齐。

在其中一个实施例中，所述导热件嵌入至所述顶部托盘靠近所述加热组件的一侧。

在其中一个实施例中，所述导热件为环形结构，所述导热件的内壁为锯齿状结构。

在其中一个实施例中，所述导热件由石墨烯或者石墨材料制成。

在其中一个实施例中，所述加热环组为电加热管，所述加热环组包括由外向内依次套设的且具有开口的多层环状结构，相邻两层环状结构通过开口端首尾相连。

在其中一个实施例中，在相邻两层加热环组中，位于外层的所述加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距小于位于内层的加热环组中的相邻层环状结构之间的间距。

在其中一个实施例中，所述多层加热环组包括沿所述加热组件径向从外向内依次设置的外层加热环组、中层加热环组以及内层加热环组，所述外层加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距小于所述中层加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距，以及小于所述内层加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距。

在其中一个实施例中，所述加热组件还包括加热盘，每层所述加热环组依次嵌入所述加热盘，所述每层加热环组对应位置上的加热盘上分别设置有热电偶安装口。

上述的复合式控温盘，通过在顶部托盘与加热组件之间设置导热件，且可以将导热件设置在加热组件的最外层加热环组所对应的区域中，从而用于增强在最外层加热环组所在区域内，加热组件向顶部托盘的传热效率，进而有利于提高晶圆外层区间沉积的薄膜厚度和组分的均匀性。

附图说明

图1为一实施例中的复合式控温盘结构示意图；

图2为图1的爆炸结构示意图；

图3为顶部托盘的结构示意图；

图4为顶部托盘嵌入导热件后的结构示意图；

图5为加热环组的结构示意图；

图6为加热盘的结构示意图；

图7为集成盘靠近加热组件一侧的结构示意图；

图8为集成盘远离加热组件一侧的结构示意图；

图9为下盘体的结构示意图；

附图标记：100-顶部托盘；110-真空吸口；120-沟槽；130-顶针口；

200-导热件；210-锯齿状结构；

300-加热组件；310-多层加热环组；311-外层加热环组；312-中层加热环组；313-内层加热环组；314-电源接口；320-加热盘；321-热电偶安装口；

400-底盘组件；410-集成盘；411-热电偶；412-电源导出管；413-电源导出孔；430-下盘体；431-圆柱形通孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1和图2，本发明一实施例提供了一种复合式控温盘，复合式控温盘包括顶部托盘100、导热件200、加热组件300以及底盘组件400，顶部托盘100、加热组件300以及底盘组件400依次层叠设置，加热组件300包括沿径向从外向内设置的多层加热环组310，导热件200设置在顶部托盘100与加热组件300之间，且至少位于多层加热环组310中的最外层加热环组所在的区域。

在本实施例中，加热组件300各层加热环组的划分可以根据各层加热环组上的薄膜厚度和组分的沉积情况进行划分，例如，相邻某一位置处的薄膜的沉积情况变化较大，则可以在该位置处将加热组件300分为内层加热环组和外层加热环组，则使得加热组件300具有从外向内的多层加热环组310。其中靠近最外层的加热环组为最外层加热环组，例如当多层加热环组310为三层加热环组时，沿着加热组件300从内向外依次设置有第一层加热环组、第二层加热环组以及第三层加热环组，则第三层加热环组即为最外层加热环组。

此外，顶部托盘100、加热组件300以及底盘组件400通过焊接的方式依次连接。

由于最外层加热环组的面积较大，所需热量较多，同时最外层加热环组的热量散失较多，因此最外层加热环组中的薄膜沉积情况较差。本申请中通过顶部托盘100与加热组件300之间设置导热件200，且可以将导热件200设置最外层加热环组所对应的区域中，从而用于增强在最外层加热环组内，加热组件300向顶部托盘100的传热效率，进而有利于提高晶圆外层区间沉积的薄膜厚度和组分的均匀性。

在一些实施例中，结合图5，相邻两层加热环组独立设置，且每层加热环组分别用于与不同的温控单元连接。

在本实施例中，每层加热环组分别与不同的温控单元连接，可以在每层加热环组中分别布置热电偶411，热电偶411用于将每层加热环组中温度传递至温控单元，温控单元能够根据每层加热环组中的实际温度调节不同加热环组，极大地增强了对晶圆表面所沉积的薄膜的厚度以及组分的调控能力。在实际使用时，可以通过增加最外层加热环组的温度，从而以增加与最外层加热环组所对应的晶圆上的温度，以提高晶圆外层区间沉积的薄膜厚度和组分的均匀性。

其中，温控单元为现有技术，此处不做赘述。

在一些实施例中，沿加热组件300的径向，导热件200覆盖相邻两层加热环组之间区域，从而用于同时增强相邻两个加热环组相接位置处的加热组件300向顶部托盘100的传热效率，用于减少相邻两个加热环组之间的过渡区域的温度变化。

具体的，可以使得导热件200同时覆盖最外层加热环组以及最外层加热环组与相邻的内层加热环组之间的过渡区域，即可通过导热件200的导热效率高的优点，以增强最外层加热环组与相邻的内层加热环组之间的热传导，进而使得最外层加热环组与相邻的内层加热环组之间的过渡区域的温度逐渐变化，以减少由于过渡区域的温差导致的晶圆沉积的薄膜厚度和组分的均匀性差的问题。

进一步的，结合图3和图4，导热件200嵌入顶部托盘100靠近加热组件300的一侧。

其中一个实施例中，导热件200靠近加热组件300一侧的表面凸出于顶部托盘100靠近加热组件300的一侧的表面。

在另外一个实施例中，优选的，导热件200靠近加热组件300一侧的表面与顶部托盘100靠近加热组件300的一侧的表面平齐。即当嵌有导热件200的顶部托盘100焊接于加热组件300上时，加热组件300靠近顶部托盘100的表面能够通过导热件200与顶部托盘100相接触，或者直接与顶部托盘100相接触，从而防止由于加热组件300与顶部托盘100之间的虚接，导致的导热效率变低的问题。

具体的，结合图1，导热件200为环形结构，导热件200的内壁为锯齿状结构210。

在本实施例中，当导热件200覆盖相邻两层加热环组之间的区域时，导热件200能够与相邻两层加热环组中的内层加热环组相贴合。且由于导热件200的内壁为锯齿状结构210，导热件200嵌入顶部托盘100内，从而能够增加导热件200与位于内层加热环组上部的顶部托盘100之间的接触面积，即能够进一步增加沿加热组件300的径向，外层加热环组与内层加热环组之间热量的传导，以减少由于过渡加热环组的温差导致的晶圆沉积的薄膜厚度和组分的均匀性差的问题。

在一些实施例中，导热件200由石墨烯或者石墨材料制成。顶部托盘100、加热环组以及底盘组件400通常由经过硬质阳极处理过的铝加工而成，石墨烯以及石墨的热传导性能优于铝的热传导性能。因此通过在顶部托盘100中嵌入热传导性能更优的导热件200能够加强加热组件300向顶部托盘100的热传导。

在一些实施例中，结合图5，加热环组为电加热管，加热环组包括由外向内依次套设的且具有开口的多层环状结构，相邻两层环状结构通过开口端首尾相连。通过电加热管对顶部托盘100进行加热，便于精确控制加热温度，且电加热管性能稳定，成本也较低。

在其中一个实施例中，结合图5，在相邻两层加热环组中，位于外层加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距小于位于内层的加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距。

具体的，当每个加热环组中的电加热管通过同一加热单元控制时，由于外层加热环组散热快且面积大，因此温度较低。因此可以通过增加外层加热环组中的电加热管的密度，从而增加输入至外层加热环组中的热量，从而增加外层加热环组的温度。

在另外一个实施例中，结合图5，多层加热环组310包括沿加热组件300径向从外向内依次设置的外层加热环组311、中层加热环组312以及内层加热环组313，外层加热环组311的相邻两层环状结构之间的间距小于中层加热环组312中的相邻两层环状结构之间的间距，以及小于内层加热环组313的相邻两层环状结构之间的间距。

在实际使用时，由于外层加热环组311中的温度相对较低，中层加热环组312和内层加热环组313的温度相对较高，因此，在实际使用时，可以通过增加外层加热环组311内电加热管的密度进而增加外层加热环组311的温度，而中层加热环组312和内层加热环组313可以根据实际情况进行设置，中层加热环组312中的相邻两层环状结构之间的间距和内层加热环组313中的相邻两层环状结构之间的间距可以相等。

在一些实施例中，结合图6，加热组件300还包括加热盘320，每层加热环组依次嵌入加热盘320，每层加热环组对应区域上的加热盘320上分别设置有热电偶安装口321。

在本实施例中，电加热管嵌入加热盘320，一方面通过加热盘320固定电加热管，另一方面电加热管与加热盘320直接接触，通过加热盘320的导热性能够使得各加热环组内电加热管中的温度趋于均匀化。

具体的，顶部托盘100、加热组件300以及底盘组件400上设置分别开设有三个用于晶圆升降且相互连通的顶针口130，三个顶针口130均匀间隔设置在顶部托盘100的某一同心圆上。

结合图1-图9，顶部托盘100、加热组件300以及底盘组件400上的中心位置开设有真空吸口110，顶部托盘100的上表面设置有沟槽120。例如，可以在沟槽120的底部开设有与真空吸口110连通的通孔。当沟槽120与真空吸口110连通时，即沟槽120同时处于负压状态，从而通过在对真空吸口110抽负压，能够将晶圆吸附在顶部托盘100的上表面。

加热组件300的加热盘320上设置有多个位于内层加热环组区域内的热电偶安装口321，多个中层加热环组区域内的热电偶安装口321以及多个外层加热环组区域内的热电偶安装口321，用于通过热电偶411分别对加热组件300的内层加热环组313、中层加热环组312以及外层加热环组311分别进行温度监测。

每层加热环组内的电加热管的两端分别设置有电源接口314，用于与外部的供电设备连接，以实现电加热管的电加热功能。

底盘组件400包括集成盘410和下盘体430，集成盘410上设置有电源导出管412以及开设有电源导出孔413，电源导出管412通过电源导出孔413与外部电源相连。同时集成盘410上还设置有热电偶411，热电偶411用于插入至加热组件300上对应的热电偶安装口321内。下盘体430的底部中间位置设置连接有圆柱形通孔431，圆柱形通孔431贯穿下盘体430，集成盘410上集成的热电偶411和加热组件300电源导出管412均由圆柱形通孔431导出。

顶部托盘100、嵌入顶部托盘100的导热件200、加热盘320、多层加热环组310、集成盘410，以及下盘体430依次焊接。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种复合式控温盘，其特征在于，包括顶部托盘、导热件、加热组件以及底盘组件，所述顶部托盘、加热组件以及底盘组件依次层叠设置，所述加热组件包括沿径向从外向内套设的多层加热环组，所述导热件设置在所述顶部托盘与加热组件之间，且至少位于所述多层加热环组中的最外层加热环组所在的区域，所述导热件为环形结构，所述顶部托盘包括中部区域和边缘区域，所述中部区域凸出于所述边缘区域设置，所述环形结构的内圈套设所述中部区域，所述环形结构与所述边缘区域相抵；所述导热件的内壁为锯齿状结构。

2.根据权利要求1所述的复合式控温盘，其特征在于，相邻两层所述加热环组独立设置，且每层所述加热环组分别用于与不同的温控单元连接。

3.根据权利要求2所述的复合式控温盘，其特征在于，沿所述加热组件的径向，所述导热件覆盖相邻两层加热环组之间区域。

4.根据权利要求1所述的复合式控温盘，其特征在于，所述导热件嵌入至所述顶部托盘靠近所述加热组件的一侧。

5.根据权利要求1所述的复合式控温盘，其特征在于，所述导热件由石墨烯或者石墨材料制成。

6.根据权利要求2所述的复合式控温盘，其特征在于，所述加热环组为电加热管，所述加热环组包括由外向内依次套设的且具有开口的多层环状结构，相邻两层环状结构通过开口端首尾相连。

7.根据权利要求6所述的复合式控温盘，其特征在于，在相邻两层加热环组中，位于外层的所述加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距小于位于内层的加热环组中的相邻层环状结构之间的间距。

8.根据权利要求6所述的复合式控温盘，其特征在于，所述多层加热环组包括沿所述加热组件径向从外向内依次设置的外层加热环组、中层加热环组以及内层加热环组，所述外层加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距小于所述中层加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距，以及小于所述内层加热环组中的相邻两层环状结构之间的间距。

9.根据权利要求2所述的复合式控温盘，其特征在于，所述加热组件还包括加热盘，每层所述加热环组依次嵌入所述加热盘，每层所述加热环组对应区域上的加热盘上分别设置有热电偶安装口。

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