CN212426165U - 基座温控系统及半导体设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基座温控系统及半导体设备，所述基座温控系统包括至少两条用于输送冷却媒介的冷却通道，所述至少两条冷却通道相互独立地设置在基座的不同区域中，每条所述冷却通道上均设置有流量控制装置；所述基座温控系统还包括控制单元，用于根据所述基座不同区域之间的升温速率差异通过所述流量控制装置控制所述至少两条冷却通道中所述冷却媒介的流量大小。通过本实用新型可以对基座不同区域的温度变化进行干预。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种基座温控系统及半导体设备。
背景技术
物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称PVD)是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子由源转移到母体表面的过程。在PVD工艺生产过程中，需要将托盘上的母体加热到规定的工艺温度值，许多PVD工艺生产过程中，采用内外圈加热技术对基座加热。
如图1所示，为一种典型的内外圈加热控制系统的结构示意图，基座1'上布置有整体水道2'，整体水道2'常通冷却水，通过内外圈热偶3'测量基座实际内外圈温度并反馈至温控器4'，温控器依据测量温度和设定温度，通过内部的PID(Proportional-Integral-Differential，比例-积分-微分)控制环节输出控制信号至双通道固态继电器的信号端，继而控制加热器供电通断的时间以控制实际的加热效果。
在该加热系统中，内外圈加热从结构上相互影响，在实际加热过程中，内外圈之间独立加热，其传感器各自对立，只针对各自区域，但由于基座为整体，内外圈加热丝温度传到基座后，会在基座中相互扩散传导，随着温度升高，会出现外圈受内圈温度影响，温度不平衡，即使外圈率先到达温度设定停止功率输出，但由于内圈加热仍未达到目标，仍会升温，导致外圈温度升高，造成整体温度不均匀。
PVD腔室内有烘干灯管，分布在腔室内壁的三个方向，其加热腔室时，对腔室内部的加热器也存在加热作用，通过热辐射会导致加热器升温。
实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种基座温控系统及半导体设备。
为实现本实用新型的目的而提供一种基座温控系统，包括至少两条用于输送冷却媒介的冷却通道，所述至少两条冷却通道相互独立地设置在基座的不同区域中，每条所述冷却通道上均设置有流量控制装置；
所述基座温控系统还包括控制单元，用于根据所述基座不同区域之间的升温速率差异通过所述流量控制装置控制所述至少两条冷却通道中所述冷却媒介的流量大小。
优选地，所述基座温控系统还包括至少两个加热元件，所述至少两个加热元件分别设置在所述基座的不同区域中；
所述冷却通道与所述加热元件一一对应地设置。
优选地，所述基座温控系统还包括温度检测单元，用于分别检测所述基座各个区域的实际温度，并将其发送至所述控制单元；
所述控制单元还用于根据所述实际温度获得各个区域的升温速率，并根据不同区域之间的升温速率差异通过所述流量控制装置控制所述至少两条冷却通道中所述冷却媒介的流量大小。
优选地，所述控制单元还用于根据所述实际温度获得各个区域的温度变化趋势，并根据各个区域的温度变化趋势与各个区域所述加热元件加热状态的匹配情况通过所述流量控制装置控制所述至少两条冷却通道中所述冷却媒介的流量大小。
优选地，所述控制单元还用于，在一区域的温度变化趋势为温度升高但该区域对应的所述加热元件的加热状态为不加热时，通过所述流量控制装置增大该区域对应的冷却通道中所述冷却媒介的流量；
在一区域的温度变化趋势为温度下降但该区域对应的所述加热元件的加热状态为加热时，通过所述流量控制装置减小该区域对应的冷却通道中所述冷却媒介的流量。优选地，所述基座包括中心区域和环绕在所述中心区域周围的一个或多个环形边缘区域，所述中心区域和所述环形边缘区域中均设置有所述冷却通道。
优选地，所述冷却通道包括：
多个冷却子通道，其沿所述基座径向依次排列，且每个冷却子通道的出流端均与其一侧相邻的冷却子通道的进流端相连；
进流管，其与最外侧或最内侧的所述冷却子通道的进流端连接；
出流管，其与最内侧或最外侧的所述冷却子通道的出流端连接。
优选地，多个所述冷却子通道沿所述基座径向方向等间隔排列。
优选地，所述多个所述冷却子通道均为弧形管；或/或所述进流管与所述出流管均为直管。
本实用新型还提供了一种半导体设备，包括：腔室以及位于所述腔室中的基座，还包括：本申请中所述的基座温控系统，所述基座温控系统用于对所述基座进行温度控制。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型提供的基座温控系统，包括设置在基座中的至少两条相互独立的冷却通道，至少两条冷却通道对应基座的不同区域；还包括控制单元，控制单元根据基座不同区域之间的升温速率差异通过流量控制装置控制至少两条冷却通道中冷却媒介的流量大小，由此本方案可以对基座不同区域的温度变化进行干预，减小基座不同区域之间的温度干扰。
本实用新型提供的半导体设备，包括本申请中的温控系统，因此也可以对基座不同区域的温度变化进行干预，减小基座不同区域之间的温度干扰。
附图说明
图1为一种典型的内外圈加热控制系统的结构示意图；
图2为本实用新型一个实施例提供的基座温控系统的结构示意图；
图3为本实用新型另一个实施例提供的基座温控系统的结构示意图；
图4为本实用新型实施例中基座中冷却通道的分布示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图来对本实用新型提供的基座温控系统及半导体设备进行详细描述。
如图2所示为本实用新型一个实施例提供的基座温控系统的结构示意图，本实施例中，基座温控系统包括：冷却通道1以及控制单元2。
其中，冷却通道1至少两条，至少两条冷却通道1用于输送冷却媒介，且至少两条冷却通道1相互独立的设置在基座3的不同区域中，每条冷却通道1上均设置有流量控制装置4。
控制单元2用于根据基座3的不同区域之间的升温速率差异通过流量控制装置4控制至少两条冷却通道1中冷却媒介的流量大小。
本实用新型实施例提供的基座温控系统，包括设置在基座中的至少两条相互独立的冷却通道，至少两条冷却通道对应基座的不同区域，每条冷却通道上均设置有流量控制装置；还包括控制单元，控制单元根据基座不同区域之间的升温速率差异通过流量控制装置控制至少两条冷却通道中冷却媒介的流量大小，由此本实施例可以对基座不同区域的温度变化进行干预，调整基座不同区域之间的温度变化的速率，避免基座不同区域之间相互干扰。
如图3所示为本实用新型另一个实施例提供的基座温控系统，如图3所示，基座温控系统还包括；至少两个加热元件5。
其中，至少两个加热元件5分别设置在基座3的不同区域中；冷却通道1与加热元件5一一对应地设置。
具体地，加热元件5可以是加热丝，针对具有内外圈加热丝的基座，至少两条冷却通道1分别对应的设置在在基座3的内、外圈加热丝的下方，即两条冷却通道1分为内圈冷却通道和外圈冷却通道，同时在内圈冷却通道和外圈冷却通道上分别设置有控制冷却媒介流量的流量控制装置4，用于实时控制流量大小，在冷却媒介面积和冷却媒介温度不变的情况下，冷却媒介流量大小决定了热交换的大小，流量大的冷却媒介冷却能力越大，反之流量小的冷却媒介冷却能力低。流量控制装置4可由控制单元2控制，控制单元2可以是工控机，工控机基于基座3不同区域的温度差异，确定流量大小。
本实施例提供的基座温控系统，在基座中设置多个加热元件，实现对基座的升温控制；进一步，将冷却通道的数量设置为与加热元件的数量相同，且各个冷却通道一一对应地设置在各个加热元件的下方，便于冷却通道消对加热元件的温度升温过程进行干预，以消除各个加热元件之间的相互影响。
进一步，如图3所示，基座温控系统还包括：温度检测单元6。
温度检测单元6用于分别检测基座3各个区域的实际温度，并将其发送至控制单元2；控制单元2还用于根据各个区域的实际温度获得各个区域的升温速率，并根据不同区域之间的升温速率差异通过流量控制装置4控制至少两条冷却通道中冷却媒介的流量大小。
本实施例提供的基座温控系统，包括温度检测单元，可以分别检测基座各个区域的实际温度，控制单元根据各个区域的实际温度获得各个区域的升温速率，并根据不同区域之间的升温速率差异通过流量控制装置控制至少两条冷却通道中冷却媒介的流量大小，通过增加温度检测单元更加有效地保证了基座温度的均匀性。
具体地，温度检测单元6可以是温度传感器，例如热偶，温度传感器可以采集基座不同区域的实际温度。
进一步，本实用新型的优选的一个实施例中，控制单元2还可以用于根据实际温度获得各个区域的温度变化趋势，并根据各个区域的温度变化趋势与各个区域加热元件加热状态的匹配情况通过流量控制装置4控制至少两条冷却通道1中冷却媒介的流量大小。例如：当内、外圈加热丝同时升温时，由于外圈加热丝对内圈加热丝的温度耦合，导致内圈加热丝功率降至0时，温度仍会升高，此时通过工控机调整，控制内圈冷却通道的流量控制装置4，增大冷却媒介流量，使内圈加热丝温度减慢升温。
在本优选实施例中，控制单元2除了可以在基座升温过程中调整各个区域的升温速率，还可以在特定区域达到了预定温度后基于不同的需求进一步调整各个的区域的温度，具体的可以基于各个区域的温度变化趋势与各个区域加热元件加热状态的匹配情况进行调整。
在本实用新型中的一个优选实施中，控制单元2除可以在特定区域达到了预定温度后保持其温度的稳定。优选地，控制单元2还用于在一区域的温度变化趋势为温度升高但该区域对应的加热元件5的加热状态为不加热时，通过流量控制装置4增大该区域对应的冷却通道1中冷却媒介的流量；在一区域的温度变化趋势为温度下降但该区域对应的加热元件5的加热状态为加热时，通过流量控制装置4减小该区域对应的冷却通道1中冷却媒介的流量。例如，控制单元2通过温度检测单元6检测到内圈加热丝对应区域的温度正在升温，但内圈加热丝的加热状态为不加热时(功率为0)，通过流量控制装置4增大该区域对应的冷却通道中冷却媒介的流量。
在本实用新型一个优选的实施例中，如图4所示，基座3包括：中心区域31和环绕在中心区域31周围的一个或多个环形边缘区域32，中心区域31和环形边缘区域32中均设置有冷却通道1。具体地，多个环形边缘区域32的半径不同；本实施例中，将基座区分为中心区域与环形边缘区域，便于对基座不同区域进行不同的温度控制，并且还可以保证基座各个区域温度的均匀性。
进一步，冷却通道1包括：多个冷却子通道11、进流管12以及出流管13。
其中，多个冷却子通道11沿基座3径向依次排列，且每个冷却子通道11的出流端均与其一侧相邻的冷却子通道11的进流端相连。
进流管12与最外侧或最内侧冷却子通道11的进流端连接，在图4中，进流管12与最内侧的冷却子通道11的进流端连接。
出流管13与最内侧或最外侧的冷却子通道11的出流端连接，在图4中，出流管13与最外侧的冷却子通道11的出流端连接。
本实施例提供的冷却通道，包括：多个冷却子通道、进流管以及出流管，便于使基座的各个区域均可以布置有冷却通道，布局合理，保证了基座不同区域温度的均匀性。
进一步，如图4所示，多个冷却子通道11沿基座3径向方向等间隔排列。本实施例中，多个冷却子通道等间隔设置，提高了冷却子通道对基座冷却的均匀性。
进一步，多个冷却子通道11均为弧形管；和/或进流管12与出流管13均为直管。如图4所示，多个冷却子通道11均为弧形管，且进流管12与出流管13均为直管。如此设置，更便于冷却子通道11的排布，即使冷却子通道11的数量较多也可以适用。
进一步，如图4所示，中心区域31和各环形边缘区域32中的冷却通道1的进流管12均相互平行。由于在冷却通道1中，进流管12与出流管13相互平行，则中心区域和各环形边缘区域的冷却通道的出流管也均相互平行。如此设置排布更为合理，更为节省空间。
本实用新型还提供了一种半导体设备，该半导体设备包括：腔室以及位于腔室中的基座，还包括：上述任一实施例中的基座温控系统，基座温控系统用于对基座进行温度控制。
本实用新型实施例提供的半导体设备，包括本实施例中的基座温控系统，可以对基座不同区域的温度变化进行干预，减小基座不同区域之间的温度干扰。
进一步，半导体设备还包括：设置在腔室内壁上的烘干灯管。
基座温控系统还用于在烘干灯管加热腔室时，根据基座不同区域之间的温度状态对基座的不同区域进行相应冷却速率的冷却。
当腔室被烘干灯管加热，且控制单元通过温度检测单元检测到基座开始升温时，控制单元判断目前工作流程中并未进行加热元件升温工艺，确认为外接影响导致基座升温，控制单元将根据内外圈加热丝的温度，分别控制内外圈冷却通道上的流量控制装置，以调整其大小，达到稳定基座温度的目的。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种基座温控系统，其特征在于，包括至少两条用于输送冷却媒介的冷却通道，所述至少两条冷却通道相互独立地设置在基座的不同区域中，每条所述冷却通道上均设置有流量控制装置；
所述基座温控系统还包括控制单元，用于根据所述基座不同区域之间的升温速率差异通过所述流量控制装置控制所述至少两条冷却通道中所述冷却媒介的流量大小。
2.根据权利要求1所述的基座温控系统，其特征在于，所述基座温控系统还包括至少两个加热元件，所述至少两个加热元件分别设置在所述基座的不同区域中；
所述冷却通道与所述加热元件一一对应地设置。
3.根据权利要求1或2所述的基座温控系统，其特征在于，所述基座温控系统还包括温度检测单元，用于分别检测所述基座各个区域的实际温度，并将其发送至所述控制单元；
所述控制单元还用于根据所述实际温度获得各个区域的升温速率，并根据不同区域之间的升温速率差异通过所述流量控制装置控制所述至少两条冷却通道中所述冷却媒介的流量大小。
4.根据权利要求3所述的基座温控系统，其特征在于，
所述控制单元还用于根据所述实际温度获得各个区域的温度变化趋势，并根据各个区域的温度变化趋势与各个区域所述加热元件加热状态的匹配情况通过所述流量控制装置控制所述至少两条冷却通道中所述冷却媒介的流量大小。
5.根据权利要求4所述的基座温控系统，其特征在于，
所述控制单元还用于，在一区域的温度变化趋势为温度升高但该区域对应的所述加热元件的加热状态为不加热时，通过所述流量控制装置增大该区域对应的冷却通道中所述冷却媒介的流量；在一区域的温度变化趋势为温度下降但该区域对应的所述加热元件的加热状态为加热时，通过所述流量控制装置减小该区域对应的冷却通道中所述冷却媒介的流量。
6.根据权利要求1或2所述的基座温控系统，其特征在于，所述基座包括中心区域和环绕在所述中心区域周围的一个或多个环形边缘区域，所述中心区域和所述环形边缘区域中均设置有所述冷却通道。
7.根据权利要求4所述的基座温控系统，其特征在于，所述冷却通道包括：
多个冷却子通道，其沿所述基座径向依次排列，且每个冷却子通道的出流端均与其一侧相邻的冷却子通道的进流端相连；
进流管，其与最外侧或最内侧的所述冷却子通道的进流端连接；
出流管，其与最内侧或最外侧的所述冷却子通道的出流端连接。
8.根据权利要求7所述的基座温控系统，其特征在于，多个所述冷却子通道沿所述基座径向方向等间隔排列。
9.根据权利要求7所述的基座温控系统，其特征在于，
所述多个冷却子通道均为弧形管；和/或
所述进流管与所述出流管均为直管。
10.一种半导体设备，包括：腔室以及位于所述腔室中的基座，其特征在于，还包括：如权利要求1-8任一项所述的基座温控系统，所述基座温控系统用于对所述基座进行温度控制。
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| CN201922051740.9U CN212426165U (zh) | 2019-11-25 | 2019-11-25 | 基座温控系统及半导体设备 |
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