CN115472522A - 晶圆加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例揭示了一种晶圆加热装置，包括加热盘和顶盖，所述加热盘与顶盖上下连接，加热盘内设有互不相通的第一气体通道和第二气体通道，工作时，第一路气体从第一气体通道的气体入口进入，由靠近加热盘外边缘的位置向靠近加热盘中心的位置流动，沿途从各气体出口和对应的通孔中流出，第二路气体从第二气体通道的气体入口进入，由靠近加热盘中心的位置向靠近加热盘外边缘的位置流动，沿途从各气体出口和对应的通孔中流出。本发明的晶圆加热装置能使晶圆在被旋转加热时，晶圆各处的温度更均匀。
Description
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，尤其涉及一种晶圆加热装置。
背景技术
在半导体芯片制造过程中，很多工艺需要在一定的温度条件下进行，例如晶圆边缘清洗、晶圆背面清洗、去胶等，这些工艺需要使用化学液，为使化学液的理化性质最佳或使化学反应速度达到最佳，通常会在工艺腔中设置加热装置，对晶圆表面的化学液加热以达到较佳温度。现有的晶圆加热装置的加热方式有红外线辐射加热、烘烤加热、流体(例如温水)热传导加热等，具体的加热元件有红外线灯、电热丝、流体喷嘴等。随着技术发展，晶圆的尺寸越来越大，因此，如何控制晶圆表面各处温度的一致性尤其是径向温度的一致性成为需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题提出一种晶圆加热装置，使晶圆上各处的温度接近。
为实现上述目的，本发明的提出的晶圆加热装置，包括加热盘和顶盖，所述加热盘与顶盖上下连接，加热盘内设有互不相通的第一气体通道和第二气体通道，所述第一气体通道和第二气体通道上均设有一个气体入口和多个气体出口，所述顶盖上设有多个通孔，所述通孔与气体出口一一对应连接，工作时，第一路气体从第一气体通道的气体入口进入，由靠近加热盘外边缘的位置向靠近加热盘中心的位置流动，沿途从各气体出口和对应的通孔中流出，第二路气体从第二气体通道的气体入口进入，由靠近加热盘中心的位置向靠近加热盘外边缘的位置流动，沿途从各气体出口和对应的通孔中流出。
作为可选方式，所述第一气体通道和第二气体通道均呈蛇形。
作为可选方式，以经过加热盘中心的一条直线为分界线，第一气体通道和第二气体通道大致上被分界线分隔。
作为可选方式，所述加热盘与顶盖为圆环形，所述第一气体通道的气体出口包括两组，其中一组气体出口靠近加热盘的外边缘，另一组气体出口靠近加热盘的内边缘，第二气体通道的气体出口包括两组，其中一组气体出口靠近加热盘的外边缘，另一组气体出口靠近加热盘的内边缘。
作为可选方式，所述加热盘与顶盖为圆环形，所述第一气体通道的气体入口位于第一气体通道的头部，第一气体通道的尾部呈圆形，位于加热盘的内边缘附近，第一气体通道的气体出口分布于尾部，所述第二气体通道的气体入口位于第二气体通道的头部，第二气体通道的尾部呈圆形，位于加热盘的外边缘附近，第二气体通道的气体出口分布于尾部。
作为可选方式，所述加热盘与顶盖为圆形，所述第一气体通道的气体出口包括两组，其中一组气体出口靠近加热盘的外边缘，另一组气体出口靠近加热盘的中心，第二气体通道的气体出口包括两组，其中一组气体出口靠近加热盘的外边缘，另一组气体出口靠近加热盘的中心。
作为可选方式，所述加热盘与顶盖为圆形，所述第一气体通道的气体入口位于第一气体通道的头部，所述第一气体通道的尾部为螺旋形，位于加热盘的中心区域，第一气体通道的气体出口沿着尾部设置，所述第二气体通道的气体入口位于第二气体通道的头部，第二气体通道的尾部呈圆形，位于加热盘的外边缘附近，第二气体通道的气体出口分布于尾部。
作为可选方式，所述加热盘与顶盖为圆环形，所述晶圆加热装置还包括晶圆支撑机构，所述晶圆支撑机构的顶部位于所述圆环形的中心位置。
作为可选方式，所述晶圆支撑机构为真空吸盘或气浮平台。
作为可选方式，所述真空吸盘连有旋转驱动机构，所述气浮平台为采用伯努利原理实现的气浮平台。
本发明通过在加热盘中设置两个气体通道，气体在两个气体通道中在径向上以相反的方式流动，从两个气体通道中里出的气体的温度的变化趋势相反，当晶圆在加热盘上方被旋转加热时，晶圆径向上的温度更加接近。
附图说明
图1示例了本发明的实施例1中的晶圆加热装置的立体图。
图2示例了本发明的实施例1中的晶圆加热装置的剖视图。
图3示例了本发明的实施例1中的第一气体通道和第二气体通道的形状示意图。
图4A示例了本发明的实施例1中的第一气体通道的气体出口的位置及序号。
图4B示例了本发明的实施例1中的第二气体通道的气体出口的位置及序号。
图5示例了本发明的实施例1中的晶圆加热装置的另一视角的立体图。
图6示例了本发明的实施例2中的晶圆加热装置的结构图。
图7示例了本发明的实施例2中的第一气体通道和第二气体通道的形状示意图。
图8A示例了本发明的实施例3中的第一气体通道的气体出口的位置及序号。
图8B示例了本发明的实施例3中的第二气体通道的气体出口的位置及序号。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及效果，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
实施例1
本实施例公开了一种晶圆加热装置，用于对晶圆表面加热。如图1～3所示，晶圆加热装置包括加热盘101和顶盖102。加热盘101与顶盖102上下连接成一个圆环形的整体，圆环形中间的圆形区域可用于容纳晶圆支撑机构，例如真空吸盘、气浮平台等。加热盘101中有蛇形的凹槽，凹槽用以形成第一气体通道103和第二气体通道104。从图3中可看出，第一气体通道103与第二气体通道104互不相通，以经过加热盘101中心的一条直线为分界线L，第一气体通道103和第二气体通道104大致上被分界线L分隔，每个气体通道中，至少有90％的部分位于同一个半圆形区域中。第一气体通道103和第二气体通道104上均设有一个气体入口105和多个气体出口106，顶盖102上设有多个通孔107，通孔107与气体出口106一一对应连接。
第一路气体从第一气体通道103的气体入口105进入，由靠近加热盘101外边缘的位置沿着蛇形路线逐渐向靠近加热盘101内边缘的位置流动，沿途从各气体出口106和对应的通孔107中流出，对顶盖102上方的晶圆加热。第二路气体从第二气体通道104的气体入口105进入，由靠近加热盘101内边缘的位置沿着蛇形路线逐渐向靠近加热盘101外边缘的位置流动，沿途从各气体出口106和对应的通孔107中流出，对顶盖102上方的晶圆加热。
第一气体通道103的气体出口106分为两组，其中一组气体出口106靠近加热盘101的外边缘，另一组气体出口106靠近加热盘101的内边缘。气体从第一气体通道103的气体入口105进入后，一边流动一边被加热盘101加热，因此，沿途气体温度逐渐升高，靠近加热盘101内边缘的一组气体出口106的气体温度明显高于靠近加热盘101外边缘的一组气体出口106的气体温度。
与第一气体通道103相同，第二气体通道104的气体出口106也分为两组，其中一组气体出口106靠近加热盘101的外边缘，另一组气体出口106靠近加热盘101的内边缘。不同的是，由于气体在第一气体通道103和第二气体通道104中的流动路线相反，因此对第二气体通道104而言，靠近加热盘101的内边缘的一组气体出口106的气体温度明显低于靠近加热盘101的外边缘的一组气体出口106的气体温度。
由于工艺过程中，晶圆是旋转的，因此晶圆上被加热的区域会被第一气体通道103的气体出口106和第二气体通道104的气体出口106的气体轮流加热。进一步的，由于第一气体通道103的中的气体流动路线与第二气体通道104中的气体流动路线相反，因此晶圆上被加热的区域被较高温度的气体加热和被较低温度的气体加热的过程会周期性的交替执行，晶圆上被加热的区域不会一直被较高温度的气体加热或一直被较低温度的气体加热。
通过调整第一气体通道103和第二气体通道104的气体出口106的数量和位置以及气体流量，可以使第一气体通道103的气体出口106的温度与对应的第二气体通道104的气体出口106的温度形成较好的互补，从而使晶圆上靠近加热盘101的内边缘的区域的温度与靠近加热盘101外边缘的区域的温度接近。本实施例中，第一气体通道103的气体出口106有18个，其中10个气体出口106靠近加热盘101的外边缘，8个气体出口106靠近加热盘101的内边缘；第二气体通道104的气体出口106有18个，其中10个气体出口106靠近加热盘101的内边缘，8个气体出口106靠近加热盘101的外边缘。第一气体通道103的气体入口105的气体流量为100L/min，第二气体通道104的气体入口105的气体流量为150L/min。
表1和表2为第一气体通道103和第二气体通道104的各气体出口的气体温度实测值，表中的气体出口的序号如图4A、图4B所示。
表1第一气体通道103的各气体出口的气体温度
| 气体出口序号 | 气体出口温度 | 气体出口序号 | 气体出口温度 |
| 1 | 159.1℃ | 10 | 261.9℃ |
| 2 | 170.6℃ | 11 | 262.9℃ |
| 3 | 177.8℃ | 12 | 263.6℃ |
| 4 | 188.5℃ | 13 | 264.1℃ |
| 5 | 198.1℃ | 14 | 264.5℃ |
| 6 | 201.2℃ | 15 | 264.9℃ |
| 7 | 204.2℃ | 16 | 265.2℃ |
| 8 | 205.4℃ | 17 | 265.4℃ |
| 9 | 261.4℃ | 18 | 265.2℃ |
表2第二气体通道104的各气体出口的气体温度
| 气体出口序号 | 气体出口温度 | 气体出口序号 | 气体出口温度 |
| 1 | 158.5℃ | 10 | 259.0℃ |
| 2 | 173.0℃ | 11 | 260.5℃ |
| 3 | 178.4℃ | 12 | 261.4℃ |
| 4 | 184.6℃ | 13 | 262.3℃ |
| 5 | 191.2℃ | 14 | 263.5℃ |
| 6 | 199.2℃ | 15 | 263.5℃ |
| 7 | 206.3℃ | 16 | 263.6℃ |
| 8 | 212.6℃ | 17 | 263.7℃ |
| 9 | 259.6℃ | 18 | 263.3℃ |
第一气体通道103中，靠近加热盘101的外边缘的气体出口106的温度由159.1℃逐渐升高至205.4℃，靠近加热盘101的内边缘的气体出口106的温度为264℃左右；第二气体通道104中，靠近加热盘101的内边缘的气体出口106的温度由158.5℃逐渐升高至212.6℃，靠近加热盘101的外边缘的气体出口106的温度为260℃左右。当晶圆一边旋转一边被加热后，晶圆上靠近加热盘101的内边缘的区域的温度与靠近加热盘101外边缘的区域的温度不会出现很大的差异。当加热盘101的尺寸很大时，可考虑在加热盘101的内边缘与外边缘之间的气体通道上增加气体出口，使沿晶圆径向上的温度接近。
本实施例中，第一气体通道103的气体入口105的气体流量为150L/min，第二气体通道104的气体入口105的气体流量为100L/min。顶盖102的材料可以是陶瓷等耐高温材料，顶盖102与加热盘101之间通过螺栓固定。在其他的实施例中，顶盖102还可以与加热盘一体化制造。
加热盘101的材料可以是金属，加热的方式可以为电加热。供应至加热盘101的气体可以是氮气或惰性气体，入口的气体温度可以为室温。如图5所示，加热盘101底部设有两个进气管道接口108，两个进气管道接口108分别与两个气体入口105连接。
实施例2
本实施例公开了一种晶圆加热装置，该装置包括实施例1中的晶圆加热装置的所有结构，此外，如图6所示，本实施例的晶圆加热装置还包括位于加热盘101中心位置的晶圆支撑机构209。
晶圆支撑机构209可以包括真空吸盘和与真空吸盘底部连接的马达，真空吸盘从加热盘101中凸出，吸附晶圆W底部，马达驱动真空吸盘旋转从而使晶圆W旋转。
晶圆支撑机构209还可以是气浮平台，例如采用伯努利原理实现的气浮平台，气浮平台使晶圆W悬浮在加热盘101上方并与加热盘101保持一定的距离。晶圆W被加热时，利用其它的旋转驱动机构使晶圆W旋转。
实施例3
本实施例公开了一种晶圆加热装置，本装置的主要结构与实施例1中的晶圆加热装置相同，不同之处如下：
如图7中所示，第一气体通道703呈蛇形，第一气体通道703的气体入口705位于第一气体通道703的头部，第一气体通道703的尾部呈圆形，位于加热盘的内边缘附近，第一气体通道703的18个气体出口706均匀分布于尾部，气体从气体入口705进入第一气体通道703，然后由靠近加热盘外边缘的位置沿着蛇形路线逐渐向靠近加热盘内边缘的位置流动，最后依次从各气体出口706中流出。第二气体通道704呈蛇形，第二气体通道704的气体入口705位于第二气体通道704的头部，第二气体通道704的尾部呈圆形，位于加热盘的外边缘附近，第二气体通道704的18个气体出口706均匀分布于尾部，气体从气体入口705进入第二气体通道704，然后由靠近加热盘内边缘的位置沿着蛇形路线逐渐向靠近加热盘外边缘的位置流动，最后依次从各气体出口706中流出。
本实施例中，第一气体通道703和第二气体通道704的气体出口706的个数均为18个，第一气体通道703的气体入口705的气体流量为100L/min，第二气体通道704的气体入口705的气体流量为150L/min。
表3和表4为第一气体通道703和第二气体通道704的各气体出口706的气体温度实测值，表中的气体出口的序号如图8A、图8B所示。
表3第一气体通道703的各气体出口705的气体温度
| 气体出口序号 | 气体出口温度 | 气体出口序号 | 气体出口温度 |
| 1 | 243.3℃ | 10 | 251.3℃ |
| 2 | 244.3℃ | 11 | 250.9℃ |
| 3 | 247.5℃ | 12 | 252.0℃ |
| 4 | 247.9℃ | 13 | 253.0℃ |
| 5 | 248.0℃ | 14 | 254.1℃ |
| 6 | 249.6℃ | 15 | 255.0℃ |
| 7 | 250.9℃ | 16 | 255.4℃ |
| 8 | 251.9℃ | 17 | 255.6℃ |
| 9 | 253.0℃ | 18 | 255.8℃ |
表4第二气体通道704的各气体出口705的气体温度
第一气体通道703的气体出口706的平均温度为248℃，第二气体通道704中的气体出口706的平均温度为253℃。由于第一气体通道703的气体出口706与第二气体通道704的气体出口706分别位于靠近加热盘的内边缘的位置和靠近加热盘的外边缘的位置，且气体在第一气体通道703和第二气体通道704中的流动路线相反，因此，当晶圆一边旋转一边被加热后，晶圆上靠近加热盘的内边缘的区域的温度与靠近加热盘外边缘的区域的温度不会出现很大的差异。
本实施例的加热盘为环形，环形中间的圆形空间用于容纳其他部件，当该圆形空间的直径无限小时，加热盘的形状可视为圆形，此时，第一气体通道703的尾部可为螺旋形，位于加热盘的中心区域，因此，第一气体通道703的气体出口706沿着第一气体通道103的尾部设置，用于对晶圆的中心区域加热。
本实施例的晶圆加热装置的其余结构与实施例1相同，在此不再重复。
综上所述，本发明通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。
Claims (10)
1.一种晶圆加热装置，其特征在于，包括加热盘和顶盖，所述加热盘与顶盖上下连接，加热盘内设有互不相通的第一气体通道和第二气体通道，所述第一气体通道和第二气体通道上均设有一个气体入口和多个气体出口，所述顶盖上设有多个通孔，所述通孔与气体出口一一对应连接，工作时，第一路气体从第一气体通道的气体入口进入，由靠近加热盘外边缘的位置向靠近加热盘中心的位置流动，沿途从各气体出口和对应的通孔中流出，第二路气体从第二气体通道的气体入口进入，由靠近加热盘中心的位置向靠近加热盘外边缘的位置流动，沿途从各气体出口和对应的通孔中流出。
2.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述第一气体通道和第二气体通道均呈蛇形。
3.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，以经过加热盘中心的一条直线为分界线，第一气体通道和第二气体通道大致上被所述分界线分隔。
4.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述加热盘与顶盖为圆环形，所述第一气体通道的气体出口包括两组，其中一组气体出口靠近加热盘的外边缘，另一组气体出口靠近加热盘的内边缘，第二气体通道的气体出口包括两组，其中一组气体出口靠近加热盘的外边缘，另一组气体出口靠近加热盘的内边缘。
5.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述加热盘与顶盖为圆环形，所述第一气体通道的气体入口位于第一气体通道的头部，第一气体通道的尾部呈圆形，位于加热盘的内边缘附近，第一气体通道的气体出口分布于尾部，所述第二气体通道的气体入口位于第二气体通道的头部，第二气体通道的尾部呈圆形，位于加热盘的外边缘附近，第二气体通道的气体出口分布于尾部。
6.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述加热盘与顶盖为圆形，所述第一气体通道的气体出口包括两组，其中一组气体出口靠近加热盘的外边缘，另一组气体出口靠近加热盘的中心，第二气体通道的气体出口包括两组，其中一组气体出口靠近加热盘的外边缘，另一组气体出口靠近加热盘的中心。
7.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述加热盘与顶盖为圆形，所述第一气体通道的气体入口位于第一气体通道的头部，所述第一气体通道的尾部为螺旋形，位于加热盘的中心区域，第一气体通道的气体出口沿着尾部设置，所述第二气体通道的气体入口位于第二气体通道的头部，第二气体通道的尾部呈圆形，位于加热盘的外边缘附近，第二气体通道的气体出口分布于尾部。
8.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述加热盘与顶盖为圆环形，所述晶圆加热装置还包括晶圆支撑机构，所述晶圆支撑机构的顶部位于所述圆环形的中心位置。
9.根据权利要求8所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述晶圆支撑机构为真空吸盘或气浮平台。
10.根据权利要求9所述的晶圆加热装置，其特征在于，所述真空吸盘连有旋转驱动机构，所述气浮平台为采用伯努利原理实现的气浮平台。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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