CN116770273A - 一种基盘加热系统及半导体设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基盘加热系统及半导体设备，涉及气相沉积技术领域。该基盘加热系统包括：基座和转动设置在基座上的基盘，基盘内设有第一加热组件和第二加热组件，第一加热组件位于基盘的承载面和第二加热组件之间，第一加热组件用于加热承载面，第二加热组件用于对第一加热组件加热。该基盘加热系统，在旋转的基盘内分别设置第一加热组件和第二加热组件，通过至少两级加热，提高了基盘温度的稳定性，从而提高了衬底晶片表面薄膜沉积的均匀性，能够得到高质量的薄膜。
Description
技术领域
本申请涉及气相沉积技术领域，具体而言，涉及一种基盘加热系统及半导体设备。
背景技术
化学气相沉积(CVD)工艺室通常用于半导体工业中，以将薄膜沉积到CVD工艺室中的晶圆载盘上的衬底晶片表面。CVD工艺腔室可以采用等离子体技术来实现具有可流动的CVD间隙填充工艺。然而，随着衬底晶片表面上的特征尺寸继续减小，现有的晶圆载盘很难在CVD间隙填充工艺中使衬底晶片表面获得均匀性较高的薄膜。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基盘加热系统及半导体设备，其能够提高衬底晶片表面薄膜沉积的均匀性，得到高质量的薄膜。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
本申请实施例的一方面，提供一种基盘加热系统，包括：基座和转动设置在基座上的基盘，基盘内设有第一加热组件和第二加热组件，第一加热组件位于基盘的承载面和第二加热组件之间，第一加热组件用于加热基盘，第二加热组件用于对第一加热组件加热。
可选地，第一加热组件包括加热通道，加热通道内循环通入加热介质，第二加热组件包括加热板，加热板的加热面朝向加热通道。
可选地，加热通道包括多个呈环形的子加热通道，多个子加热通道同心设置并通过跨接加热通道相互连通。
可选地，基盘的承载面上设有真空吸附槽，真空吸附槽的底部设有真空孔，真空吸附槽通过真空孔与抽真空装置连通，真空吸附槽用于将衬底晶片吸附固定在承载面上。
可选地，真空吸附槽包括多个呈环形的子吸附槽，多个子吸附槽同心设置并通过多个跨接吸附槽相互连通。
可选地，多个跨接吸附通道相对于基座的旋转中心呈放射性分布。
可选地，还包括设置在基座上的旋转驱动装置，旋转驱动装置与基盘驱动连接，基盘与旋转驱动装置之间设有至少两个密封圈，至少两个密封圈沿基座的旋转轴线方向间隔分布。
可选地，还包括水银滑环，水银滑环的一端与基座连接、另一端与基盘连接。
可选地，加热通道的入口处和出口处分别设有第一通道和第二通道，第一通道和第二通道垂直于基盘的承载面，第一通道的另一端与介质源连通，介质源内的加热介质通过第一通道进入加热通道并通过第二通道离开加热通道。
本申请实施例的另一方面，提供一种半导体设备，包括如上任一项的基盘加热系统。
本申请的有益效果包括：
本申请提供了一种基盘加热系统，包括：基座和转动设置在基座上的基盘，基盘内设有第一加热组件和第二加热组件，第一加热组件位于基盘的承载面和第二加热组件之间，第一加热组件用于加热承载面，第二加热组件用于对第一加热组件加热。该基盘加热系统，在旋转的基盘内分别设置第一加热组件和第二加热组件，通过至少两级加热，提高了基盘温度的稳定性，从而提高了衬底晶片表面薄膜沉积的均匀性，能够得到高质量的薄膜。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的基盘加热系统的剖视图；
图2为本申请实施例提供的基盘加热系统中基盘的剖视图；
图3为本申请实施例提供的基盘加热系统中基盘的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的基盘加热系统的局部剖视图；
图5为本申请实施例提供的基盘加热系统中水银滑环的安装示意图。
图标：100-基盘加热系统；110-基座；120-基盘；121-承载面；122-真空吸附槽；123-真空孔；124-真空通道；125-子吸附槽；126-跨接吸附槽；130-第一加热组件；131-子加热通道；132-第一通道；133-第二通道；140-第二加热组件；141-加热板；150-旋转驱动装置；160-密封圈；170-水银滑环。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请实施例的一方面，参照图1和图2，提供一种基盘加热系统100，包括：基座110和转动设置在基座110上的基盘120，基盘120内设有第一加热组件130和第二加热组件140，第一加热组件130位于基盘120的承载面121和第二加热组件140之间，第一加热组件130用于加热基盘120，第二加热组件140用于对第一加热组件130加热。
基盘120的承载面121用于支撑并固定待镀膜的衬底晶片，基盘120旋转设置在基座110上，基盘120旋转可以使沉积时衬底晶片获得更好的周向均匀性。基盘120的内部设有第一加热组件130和第二加热组件140，第一加热组件130和第二加热组件140分别独立工作，第一加热组件130直接对基盘120进行加热，第二加热组件140对第一加热组件130进行加热，以维持第一加热组件130温度的稳定性，防止第一加热组件130因温度降低导致基盘120的温度波动。至少两级的加热能够提高基盘120温度的稳定性，有利于提升衬底晶片表面沉积材料的均匀性。
需要说明的是，本实施例中，对第一加热组件130和第二加热组件140的结构不作限定，第一加热组件130和第二加热组件140的结构、加热方式可以相同，也可以不同。
上述基盘加热系统100，在旋转的基盘120内分别设置第一加热组件130和第二加热组件140，通过至少两级加热，提高了基盘120温度的稳定性，从而提高了衬底晶片表面薄膜沉积的均匀性，能够得到高质量的薄膜。
可选的，本申请实施例的一种可实现的方式中，第一加热组件130包括加热通道，加热通道内循环通入加热介质，第二加热组件140包括加热板141，加热板141的加热面朝向加热通道。
第一加热组件130通过具有一定温度的加热介质对基盘120进行加热，具体的，基盘120的内部、承载面121的下方设有加热通道，加热通道内部流通加热介质，加热介质将热量传递至加热通道的表面，再进一步传导至基盘120的承载面121，进而为基盘120提供稳定的温度。需要说明的是，加热介质可以为液体介质，也可以为气体介质。示例地，加热介质包括水和乙二醇，水和乙二醇的混合物不易形成杂质且温度稳定，能够使衬底晶片的温度更加稳定。
第二加热组件140包括加热板141，加热板141通电后产生热量，热量传递至加热通道处，可以对加热通道中的加热介质进行加热。第一加热组件130为主要加热结构，第二加热组件140为辅助加热结构，主要用于补偿第一加热组件130中加热介质温度在传输过程中的热量损失。由于加热介质的温度调节时间较长，需要较长时间才可以将温度损失补偿到设定点，采用加热板141进行辅助补偿温度可以将温度快速补偿回来，实现快速补偿温度功能，防止加热一段时间后因加热介质温度的下降导致基盘120温度不稳定。基盘120温度的稳定则意味着衬底晶片温度的稳定，衬底晶片温度的稳定有利于提高薄膜沉积的均匀性。
可以理解，加热介质和加热板141的工作温度应根据基盘120工作所需的温度进行确定，本领域技术人员应当能够根据实际需求做出合理的选择。
优选的，加热通道遍布基盘120的承载面121，以进一步提高基盘120承载面121温度的均匀性；加热板141的加热面覆盖全部加热通道，以确保对全部加热通道进行控温。
示例地，加热通道的上表面与基盘120的承载面121之间的距离为5mm～10mm，加热板141的加热面与加热通道的下表面之间的距离为5mm～10mm。
可选的，本申请实施例的一种可实现的方式中，加热通道包括多个呈环形的子加热通道131，多个子加热通道131同心设置并通过跨接加热通道相互连通。
设置多个子加热通道131，方便在加热通道尺寸较小的前提下实现遍布基盘120的承载面121，使衬底晶圆的表面温度更加均匀，以进一步提高薄膜沉积的均匀性。
优选的，多个子加热通道131同心设置的表面与基盘120的承载面121平行或者接近平行。
可选的，本申请实施例的一种可实现的方式中，加热通道的入口处和出口处分别设有第一通道132和第二通道133，第一通道132和第二通道133垂直于基盘120的承载面121，第一通道132的另一端与介质源连通，介质源内的加热介质通过第一通道132进入加热通道并通过第二通道133离开加热通道。如此可以充分利用基盘120底部的空间，并方便对加热介质的流通进行控制。
示例地，第一通道132和第二通道133位于子加热通道131的底部并与位于最中心的子加热通道131连通。
请参照图1和图3，可选的，本申请实施例的一种可实现的方式中，基盘120的承载面121上设有真空吸附槽122，真空吸附槽122的底部设有真空孔123，真空吸附槽122通过真空孔123与抽真空装置连通，真空吸附槽122用于将衬底晶片吸附固定在承载面121上。
衬底晶片放置于基盘120的承载面121上后，将真空吸附槽122的槽口覆盖，然后抽真空装置工作，通过真空孔123在真空吸附槽122内形成负压，从而将衬底晶片吸附固定。真空吸附可以在基盘120旋转的过程中避免衬底晶片与基盘120的承载面121发生滑移，另外，通过控制抽真空装置的工作参数，还可以控制衬底晶片上、下两侧之间的压差，从而避免划伤衬底晶片的表面。优选的，衬底晶片上、下两侧之间的压差为0.5Torr～10Torr。
示例地，基盘120的底部还设有真空通道124，真空通道124的一端与真空孔123连通、另一端与抽真空装置连通。
可选的，本申请实施例的一种可实现的方式中，真空吸附槽122包括多个呈环形的子吸附槽125，多个子吸附槽125同心设置并通过多个跨接吸附槽126相互连通。
设置多个子吸附槽125，方便使真空吸附槽122覆盖基盘120的承载面121，从而同时对衬底晶片的多个区域进行真空吸附，可以避免衬底晶片局部区域受力过大，也能够提高衬底晶片在基盘120上的牢固性，避免旋转过程中衬底晶片发生移位。同时，多个子吸附槽125通过跨接吸附槽126实现连通，可以只设置一个真空孔123即可实现使多个子吸附槽125同时处于负压状态。
示例地，子吸附槽125的槽宽为1mm～3mm，槽深为0.1mm～0.4mm，真空压力适用于0.5Torr～650Torr的真空腔室环境。
可选的，本申请实施例的一种可实现的方式中，多个跨接吸附通道相对于基座110的旋转中心呈放射性分布。如此设置，可以进一步提高吸附效果。
请参照图1和图4，可选的，本申请实施例的一种可实现的方式中，还包括设置在基座110上的旋转驱动装置150，旋转驱动装置150与基盘120驱动连接，基盘120与旋转驱动装置150之间设有至少两个密封圈160，至少两个密封圈160沿基座110的旋转轴线方向间隔分布。
基盘120与旋转驱动装置150的输出端直接或间接固定连接，在旋转驱动装置150的驱动下旋转。实际应用中，基盘120处于真空腔室内，旋转驱动装置150处于大气环境中，为了避免空气经由基盘120与旋转驱动装置150的连接处进入真空腔室内部，在两者的连接处设置了至少两重密封圈160，以确保密封性。
请参照图1和图5，可选的，本申请实施例的一种可实现的方式中，还包括水银滑环170，水银滑环170的一端与基座110连接、另一端与基盘120直接或间接连接。引入水银滑环170提供基盘120旋转时加热所需电能，对基盘120进行加热和控温。
示例地，基盘120上设有温度传感器，温度传感器用于监测基盘120的温度。但基盘120的旋转会对温度传感器的信号造成干扰，水银滑环170还可以传递温度传感器的信号。
本实施例还提供一种半导体设备，包括如上任意一项的基盘加热系统100。
该半导体设备包含与前述实施例中的基盘加热系统100相同的结构和有益效果。基盘加热系统100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基盘加热系统，其特征在于，包括：基座(110)和转动设置在所述基座(110)上的基盘(120)，所述基盘(120)内设有第一加热组件(130)和第二加热组件(140)，所述第一加热组件(130)位于所述基盘(120)的承载面(121)和所述第二加热组件(140)之间，所述第一加热组件(130)用于加热所述基盘(120)，所述第二加热组件(140)用于对所述第一加热组件(130)加热。
2.如权利要求1所述的基盘加热系统，其特征在于，所述第一加热组件(130)包括加热通道，所述加热通道内循环通入加热介质，所述第二加热组件(140)包括加热板(141)，所述加热板(141)的加热面朝向所述加热通道。
3.如权利要求2所述的基盘加热系统，其特征在于，所述加热通道包括多个呈环形的子加热通道(131)，多个所述子加热通道(131)同心设置并通过跨接加热通道相互连通。
4.如权利要求1所述的基盘加热系统，其特征在于，所述基盘(120)的承载面(121)上设有真空吸附槽(122)，所述真空吸附槽(122)的底部设有真空孔(123)，所述真空吸附槽(122)通过所述真空孔(123)与抽真空装置连通，所述真空吸附槽(122)用于将衬底晶片吸附固定在所述承载面(121)上。
5.如权利要求4所述的基盘加热系统，其特征在于，所述真空吸附槽(122)包括多个呈环形的子吸附槽(125)，多个所述子吸附槽(125)同心设置并通过多个跨接吸附槽(126)相互连通。
6.如权利要求5所述的基盘加热系统，其特征在于，多个所述跨接吸附通道相对于所述基座(110)的旋转中心呈放射性分布。
7.如权利要求1所述的基盘加热系统，其特征在于，还包括设置在所述基座(110)上的旋转驱动装置(150)，所述旋转驱动装置(150)与所述基盘(120)驱动连接，所述基盘(120)与所述旋转驱动装置(150)之间设有至少两个密封圈(160)，至少两个所述密封圈(160)沿所述基座(110)的旋转轴线方向间隔分布。
8.如权利要求1所述的基盘加热系统，其特征在于，还包括水银滑环(170)，所述水银滑环(170)的一端与所述基座(110)连接、另一端与所述基盘(120)连接。
9.如权利要求2所述的基盘加热系统，其特征在于，所述加热通道的入口处和出口处分别设有第一通道(132)和第二通道(133)，所述第一通道(132)和所述第二通道(133)垂直于所述基盘(120)的承载面(121)，所述第一通道(132)的另一端与介质源连通，所述介质源内的所述加热介质通过所述第一通道(132)进入所述加热通道并通过所述第二通道(133)离开所述加热通道。
10.一种半导体设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的基盘加热系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |