CN117524928A - 一种半导体加工腔体 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种半导体加工腔体，包括：载片台、加热组件、匀热板、降温组件、温度测试器和控制器；载片台用于承载待处理物品；加热组件与载片台之间设有匀热板，匀热板与温度测试器连接，温度测试器用于检测匀热板的温度；温度测试器与控制器连接，控制器分别与加热组件和降温组件连接，控制器用于控制加热组件的工作状态和/或降温组件的工作状态。本申请提供的半导体加工腔体可以同时提高载片台的升降温速率、温度均匀性以及实现精准的温度曲线控制。

Description

一种半导体加工腔体

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，具体涉及一种半导体加工腔体。

背景技术

在半导体芯片的生产过程中，承载晶圆的载片台需要具备较高的升降温速率，较高的温度均匀性和精准的温度曲线控制。

现有技术中，通常采用电阻丝加热器或者红外加热灯对载片台进行温度控制。采用电阻丝加热器对载片台进行温度控制，载片台不同区域温度的均匀性高，一般可以控制在±1℃，并且，电阻丝加热器对载片台温度的控制精度高，可以达到与设定温度±0.5℃的偏差范围内。由于载片台需要在真空环境中工作，所以对载片台进行温度控制的电阻丝加热器也处于真空环境中，但是，电阻丝加热器在真空条件下的热膨胀系数高，频繁的升降温导致电阻丝加热器寿命变短，进而影响载片台的升降温速率。而采用红外加热灯对载片台进行温度控制，载片台的升降温速率高，一般可以达到大于30℃/min，并且温度曲线控制较为精准，但是，红外加热灯对载片台进行温度控制的均匀性比较差。

因此，如何同时提高载片台的升降温速率、温度均匀性以及实现精准的温度曲线控制成为需要本领域技术人员解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种半导体加工腔体，该腔体可以同时提高载片台的升降温速率、温度均匀性以及实现精准的温度曲线控制。

为解决上述一个或多个技术问题，本申请采用的技术方案是：

本申请提供了一种半导体加工腔体，包括：载片台、加热组件、匀热板、降温组件、温度测试器和控制器；

所述载片台用于承载待处理物品；

所述加热组件与所述载片台之间设有所述匀热板，所述匀热板与所述温度测试器连接，所述温度测试器用于检测所述匀热板的温度；

所述温度测试器与所述控制器连接，所述控制器分别与所述加热组件和所述降温组件连接，所述控制器用于控制所述加热组件的工作状态和/或所述降温组件的工作状态；

所述匀热板和所述载片台之间具有预设距离以在所述匀热板和所述载片台之间形成第一预设空间，所述匀热板上设置有气槽，所述气槽用于对所述第一预设空间中充入惰性气体。

进一步的，所述加热组件包括加热灯，所述加热灯与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述加热灯的工作状态以实现对所述匀热板进行加热。

进一步的，所述加热组件还包括加热灯固定座、加热灯安装座，所述加热灯固定座的一侧与所述加热灯连接，所述加热灯固定座的另一侧穿设于所述加热灯安装座中，所述加热灯安装座上设有壳本体，所述壳本体与所述加热灯安装座连接形成腔体本体。

进一步的，所述气槽的数量为多个，多个所述气槽的一端相交于所述匀热板的中心，多个所述气槽的另一端从所述匀热板的中心朝着所述匀热板的边缘延伸分布，所述进气口设置在所述气槽的一端上，所述出气口设置在靠近所述匀热板边缘的所述气槽的另一端上，所述惰性气体通过所述进气口进入所述气槽中并通过所述出气口进入所述第一预设空间。

进一步的，所述降温组件包括气道，所述气道设置在所述匀热板内，所述气道的进口处设置有降温气体流通件，所述控制器与所述降温气体流通件连接，所述控制器用于控制所述降温气体流通件的工作状态以实现对所述匀热板进行降温。

进一步的，所述气道为螺线状。

进一步的，所述腔体本体内还设有固定件，所述固定件设置于远离所述加热灯安装座的一侧，所述固定件环设在所述载片台上，所述固定件用于对所述载片台进行固定。

进一步的，所述壳本体上设有基座，所述匀热板与所述基座之间设有隔热层。

进一步的，所述基座、所述隔热层、所述匀热板、所述加热灯安装座形成第二预设空间，所述第二预设空间用于容纳部分加热组件。

根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

本申请提供了一种半导体加工腔体，通过设置匀热板、加热组件和降温组件来提高载片台的升降温速率以及温度均匀性。这是因为：一方面，由于加热组件的加热速率较快，可以使得匀热板升温速度比较快，匀热板可以将热量迅速传递给载片台，从而可以提高载片台的升温速率。

另一方面，由于匀热板的热传导系数比较高，能够将吸收的热量快速传导，因此可以缩小匀热板不同区域的温差，相应地也提高了载片台的温度均匀性。

另外，通过惰性气体作为最后的传热介质，能够进一步地提高载片台表面温度的均匀性。

同时，通过控制器来控制加热组件的工作状态和/或降温组件的工作状态来提高匀热板的升降温速率以及实现载片台精准的温度曲线控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1为本申请实施例提供的半导体加工腔体的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的半导体加工腔体A部分的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的电路结构框图；

图4为本申请实施例提供的匀热板一个方向上的剖面示意图；

图5为本申请实施例提供的匀热板另一个方向上的剖面示意图。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如背景技术所述，采用电阻丝加热器对载片台进行温度控制，虽然温度控制精度高、温度均匀性高，但是电阻丝加热器在真空条件下的热膨胀系数高，频繁的升降温导致电阻丝加热器寿命变短，进而影响载片台的升降温速率。而采用红外加热灯对载片台进行温度控制，载片台的升降温速率高，温度曲线控制较为精准，但是红外加热灯对载片台进行温度控制的均匀性比较差。

为此，本申请提供了一种半导体加工腔体，一方面，通过设置匀热板、加热组件和降温组件来提高载片台的升降温速率以及温度均匀性，另一方面，通过控制器来控制加热组件的工作状态和/或降温组件的工作状态来提高匀热板的升降温速率以及实现载片台精准的温度曲线控制。

以下将通过具体实施例进行介绍。

实施例一

针对上述问题，本申请实施例创造性地提出了一种半导体加工腔体，如图1所示，同时参考图2，所述半导体加工腔体包括载片台100、加热组件200、匀热板300、降温组件（图未示）、温度测试器（图未示）、控制器（图未示）。

具体的，载片台100用于承载待处理物品，这里的待处理物品包括晶圆。由于载片台100对放置在其上面的晶圆进行温度控制，所以载片台100需要较高的热传导系数，以便于将热量及时传递给晶圆。本申请实施例中，载片台100的热传导系数大于等于83.6W/(m·K)。另外，与晶圆直接接触的载片台100还需要具备较高的热稳定性，即载片台100需要具备较低的热膨胀系数，具体地，所述载片台100的热膨胀系数小于等于4.5×10^-6/℃。

直接采用加热组件200对载片台100进行温度控制会导致载片台100的温度均匀性差，本申请实施例中，在加热组件200和载片台100之间设置有匀热板300，通过匀热板300将加热组件200产生的热量传递给载片台100，从而达到提高载片台100温度均匀性的目的。具体实施时，加热组件200首先对匀热板300进行加热，再借助匀热板300间接加热载片台100。本申请实施例中，所述匀热板300的热传导系数大于等于237W/(m·K)。

本申请实施例中，通过设置匀热板300和加热组件200来同时提高载片台100的升温速率以及温度均匀性。这是因为：一方面，由于加热组件200的加热速率较快，可以使得匀热板300升温速度比较快，匀热板300可以将热量迅速传递给载片台100，从而可以提高载片台100的升温速率；另一方面，由于匀热板300的热传导系数比较高，能够将吸收的热量快速传导，因此可以缩小匀热板300不同区域的温差，相应地也提高了载片台100的温度均匀性。

本申请实施例中，通过控制器（图未示）来控制加热组件200的工作状态和/或降温组件（图未示）的工作状态来提高载片台100的升降温速率以及温度均匀性并实现载片台100精准的温度曲线控制。如图3所示，匀热板300与温度测试器（图未示）连接，温度测试器（图未示）用于检测匀热板300的温度，温度测试器（图未示）与控制器（图未示）连接，控制器（图未示）用于控制加热组件200的工作状态和/或降温组件（图未示）的工作状态。具体实施时，当温度测试器（图未示）检测到匀热板300的温度低于设定温度时，温度测试器（图未示）将温度反馈给控制器（图未示），控制器（图未示）就会控制加热组件200对匀热板300进行加热以达到设定温度，当温度测试器（图未示）检测到匀热板300的温度高于设定温度时，温度测试器（图未示）将温度反馈给控制器（图未示），控制器（图未示）就会控制加热组件200停止对匀热板300进行加热，并同时控制降温组件（图未示）对匀热板300进行降温以达到设定温度。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例对载片台100、加热组件200和匀热板300的材料或结构做进一步细化。

所述载片台100的材料包括碳化硅，碳化硅的热传导系数为83.6W/(m·K)，热膨胀系数为4.5-5.5×10^-6/℃，碳化硅具有非常高的热稳定性，能够保持表面的平整度且耐腐蚀，适合与晶圆接触，具有较高的使用寿命。这里需要说明的是，本申请中载片台100的材料不限于碳化硅，任何热传导系数高、热膨胀系数低且热稳定性好的材料均可应用于载片台100中。

所述匀热板300的材料包括铜、铝合金，作为一种较优的实施方式，本申请实施例中，所述匀热板300的材料为铝合金，铝合金的热传导系数为237W/(m·K)，利用铝合金良好的热传导系数可以将从加热组件200吸收的热量达到均匀传递的目的。这里需要说明的是，本申请中匀热板300的材料不限于铝合金和铜，任何热传导系数高的材料均可以应用于匀热板300中。

为了提高匀热板300的热传导效果，本申请对匀热板300的厚度进行了限定，该匀热板300的厚度为10-20mm。另外，本申请实施例中，匀热板300的尺寸大于待处理物品的尺寸，具体地，匀热板300的尺寸比待处理物品的尺寸大20%-50%，这样设计的原因是因为匀热板300越接近中心的位置，其温度均匀性最高，所以将匀热板300的尺寸设计得比待处理物品的尺寸大，这样就可以使得匀热板300与载片台100重合的中心区域温度比较均匀，采用该种设计通常可以使得载片台100的温度均匀性达到小于±1℃。

加热组件200包括加热灯210、加热灯固定座220和加热灯安装座230。加热灯210与控制器（图未示）连接，控制器（图未示）用于控制加热灯210的工作状态以实现对匀热板300进行加热。本申请实施例中，加热灯210包括但不限于红外加热灯、卤素加热灯等，用户可以根据实际需求进行选择，这里不做具体限定。为了能够有效地对匀热板300进行加热，加热灯210的数量为6-18个，可以理解的是，随着加热灯210的数量增加，加热灯210对匀热板300进行加热的效果更好。加热灯固定座220的一侧与加热灯210连接，加热灯固定座220的另一侧穿设于加热灯安装座230中，加热灯安装座230上设置有壳本体400，壳本体400与加热灯安装座230连接形成腔体本体。

在一个具体的实施方式中，该半导体加工腔体还包括固定件700、基座800和隔热层900。固定件700设置在腔体本体内并设置于远离加热灯安装座230的一侧，更加具体的，固定件700环设在载片台100上，固定件700用于对载片台100进行固定。壳本体400上设有基座800，匀热板300与基座800之间设有隔热层900，隔热层900能够将热量隔绝，避免热量从基座800传递到匀热板300上。基座800、隔热层900、匀热板300、加热灯安装座230形成第二预设空间600，所述第二预设空间600用于容纳部分加热组件200。

为了将待处理物品放置在载片台100的预设位置，在腔体本体中还设置有传片机构（图未示）。具体实施时，待处理物品通过传输手被送到载片台100的正上方，传片机构（图未示）向上顶起待处理物品，使得待处理物品与传输手分离，接着，传片机构（图未示）下降将待处理物品放置在载片台100的预设位置。

关于实施例二中的未详述部分，可以参见前述实施例的记载，这里不再赘述。

实施例三

匀热板300和载片台100直接接触会导致热传递效果不好。为了解决这一问题，本实施例中，匀热板300和载片台100之间具有预设距离以在匀热板300和载片台100之间形成第一预设空间500，由于惰性气体的安全性，因此在第一预设空间500内充入惰性气体，将惰性气体作为热传递的介质。由于气体具有传热效率高,传热速度快,传热范围广的特点，可以快速地进行匀热板300和载片台100之间的热交换，让载片台100实现快速升降温。具体实施时，加热组件200首先对匀热板300进行加热，匀热板300将热量由第一预设空间500中的惰性气体传递至载片台100上，由于气体的传热效率高和传热范围广的特点，通过该种方式，能够提高载片台100的温度均匀性，可以实现载片台100的温度均匀性达到±1℃。所述惰性气体包括但不限于氩气、氮气、氦气，用户可以根据实际需求进行选择，这里不做具体的限定。

如图4和图5所示，匀热板300内设置有气槽310，惰性气体通过气槽310充入第一预设空间500中。气槽310的数量为多个，多个气槽310的一端相交于匀热板300的中心，多个气槽310的另一端从匀热板300的中心朝着匀热板300的边缘延伸分布，进气口320设置在气槽310的一端上，出气口330设置在靠近匀热板300边缘的气槽310的另一端上，惰性气体通过进气口320进入气槽310中并通过出气口330进入第一预设空间，这样设计，可以使得匀热板300和载片台100之间的热交换更加快速。

本申请实施例中，匀热板300和载片台100之间的预设距离为0.1-1mm，当预设距离太小不利于加工，当预设距离太大会降低热传递效果，预设距离在0.1-1mm范围内，既能满足热传递效果，又能有利于加工。

在一个具体的实施方式中，载片台100上还可以设置冷却装置（图未示）对其进行降温，避免载片台100的温度过高。具体的，冷却装置（图未示）包括冷却管路，冷却管路内填充冷却液，所述冷却液包括水、乙二醇等。

关于实施例三中的未详述部分，可以参见前述实施例的记载，这里不再赘述。

实施例四

在实施例一至实施例三的基础上，本实施例对降温组件（图未示）的结构做进一步细化。

降温组件（图未示）包括气道，气道设置在匀热板300内，气道的进口处设置有降温气体流通件，控制器（图未示）与降温气体流通件连接，控制器（图未示）用于控制降温气体流通件的工作状态以实现对匀热板300进行降温，这里所说的降温气体流通件可以是电子阀。具体实施时，温度控制器（图未示）可以通过控制气道中气体的压力以及流量来达到控制匀热板300的降温速率，进而达到控制载片台100以及设置在载片台100上待处理物品的降温速率的目的。所述气体包括但不限于压缩空气（CDA）、惰性气体等，用户可以根据实际需求进行选择，这里不做具体限定。

作为一种较优的实施方式，气道为螺线状，螺线状设计有利于提高气体与匀热板300之间的接触面积。具体地，气道横截面的直径为3-8mm，如果气道横截面的直径小于3mm，那么气体与匀热板300之间的接触面积就会变小而导致降温效果较差，而当气道横截面的直径大于8mm时，气道在匀热板300内部所占体积过大而导致匀热板300的体积相应减少，最终导致匀热板300的匀热效果变差。

关于实施例四中的未详述部分，可以参见前述实施例的记载，这里不再赘述。

以上对本申请所提供的一种半导体加工腔体，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语 “垂直”、“平行”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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”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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，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 (9)

1.一种半导体加工腔体，其特征在于，包括：载片台、加热组件、匀热板、降温组件、温度测试器和控制器；

所述载片台用于承载待处理物品；

所述加热组件与所述载片台之间设有所述匀热板，所述匀热板与所述温度测试器连接，所述温度测试器用于检测所述匀热板的温度；

所述温度测试器与所述控制器连接，所述控制器分别与所述加热组件和所述降温组件连接，所述控制器用于控制所述加热组件的工作状态和/或所述降温组件的工作状态；

所述匀热板和所述载片台之间具有预设距离以在所述匀热板和所述载片台之间形成第一预设空间，所述匀热板上设置有气槽，所述气槽用于对所述第一预设空间中充入惰性气体。

2.根据权利要求1所述的半导体加工腔体，其特征在于，所述加热组件包括加热灯，所述加热灯与所述控制器连接，所述控制器用于控制所述加热灯的工作状态以实现对所述匀热板进行加热。

3.根据权利要求1所述的半导体加工腔体，其特征在于，所述加热组件还包括加热灯固定座、加热灯安装座，所述加热灯固定座的一侧与所述加热灯连接，所述加热灯固定座的另一侧穿设于所述加热灯安装座中，所述加热灯安装座上设有壳本体，所述壳本体与所述加热灯安装座连接形成腔体本体。

4.根据权利要求1所述的半导体加工腔体，其特征在于，所述气槽的数量为多个，多个所述气槽的一端相交于所述匀热板的中心，多个所述气槽的另一端从所述匀热板的中心朝着所述匀热板的边缘延伸分布，所述进气口设置在所述气槽的一端上，所述出气口设置在靠近所述匀热板边缘的所述气槽的另一端上，所述惰性气体通过所述进气口进入所述气槽中并通过所述出气口进入所述第一预设空间。

5.根据权利要求1所述的半导体加工腔体，其特征在于，所述降温组件包括气道，所述气道设置在所述匀热板内，所述气道的进口处设置有降温气体流通件，所述控制器与所述降温气体流通件连接，所述控制器用于控制所述降温气体流通件的工作状态以实现对所述匀热板进行降温。

6.根据权利要求5所述的半导体加工腔体，其特征在于，所述气道为螺线状。

7.根据权利要求1所述的半导体加工腔体，其特征在于，所述腔体本体内还设有固定件，所述固定件设置于远离所述加热灯安装座的一侧，所述固定件环设在所述载片台上，所述固定件用于对所述载片台进行固定。

8.根据权利要求1所述的半导体加工腔体，其特征在于，所述壳本体上设有基座，所述匀热板与所述基座之间设有隔热层。

9.根据权利要求8所述的半导体加工腔体，其特征在于，所述基座、所述隔热层、所述匀热板、所述加热灯安装座形成第二预设空间，所述第二预设空间用于容纳部分加热组件。