CN212874437U - 一种基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，包括：上盖组件；下盘体组件，设置在所述上盖组件下方，所述下盘体组件与所述上盖组件组合形成加热腔体；加热组件，安装在所述下盘体组件内部，对所述加热腔体内进行加热；温度调节组件，安装在所述下盘体组件内部，对所述加热组件进行温度补偿与调节；以及通风组件，安装在所述上盖组件上，在所述加热腔体内部排入、排出气体以维持所述加热腔体内的气流稳定，通过双重温度补偿的方式对加热组件进行温度补偿，将加热组件的温度调节至均匀一致，同时气流环境稳定，提高了加热效果。

Description

一种基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置

技术领域

本实用新型涉及半导体芯片热处理技术领域，尤其涉及一种基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置。

背景技术

在应用于半导体行业的晶圆加工处理等前段制造工艺的机台设备中，晶圆会通过设备的工艺流程处理，完成增粘、涂胶、烘烤、降温、曝光等一系列工艺，然后进行显影、刻蚀、去胶等一系列的工艺，反复几次，最终将所需要的复杂电路结构转移到基板上，然后在运转到后续流程，完成每一个芯片的加工。

使用清洁轨道机台设备在涂胶过程中，需要使用到一种光敏物质（光刻胶）涂覆到晶圆基板上，此光敏物质中含有大量的有机溶剂等液体，在进行下一步工艺处理是，需要利用加热单元，将上述的有机溶剂等烘烤使其挥发，并通过特殊处理，排出指定位置。在随着整体行业的发展与进步，量产芯片上的特征尺寸已经缩放到小7纳米甚至者5纳米的等级。目前在清洁轨道机台设备上标准配置七分区的陶瓷加热器，并且七个加热分区间相互存在耦合关系，因此作用到晶圆表面的加热效应完全由七个加热分区进行控制，所以七个分区加热能力的陶瓷加热器温度一致性的高精控制，是各设备商研发的方向。

例如现有技术中，专利号为201420197500.4，专利名称为“一种晶圆加热装置”，其公开了“一种晶圆加热装置，所述晶圆加热装置至少包括：加热腔、基座、加热器、至少一个温度传感器、控制器、固定凸台、以及功率计；所述基座设置于所述加热腔底部；所述加热器用于加热晶圆且设置于所述基座表面；所述温度传感器安装在所述加热器中；所述固定凸台用于固定晶圆且设于所述加热器表面；所述控制器通过功率电缆与所述加热器相连接；所述功率计安装在所述功率电缆上。本实用新型提供的晶圆加热装置中，在功率电缆上安装了功率计，通过功率计监测加热腔中晶圆吸收的热功率，若监测到晶圆吸收的热功率下降，则说明晶圆发生了倾斜，发现之后可将晶圆重新放置到正确的位置，降低晶圆加热不均匀的风险，提高晶圆的产率”。

然而在进行陶瓷加热器一致性调节过程中，在利用温度检测设备，如RTD Wafer电阻式温度检测器晶片检测时，常会出现检测出陶瓷加热器表面多点温度不均匀的情况。

因此，有必要提供一种新型的一种基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置以解决现有技术中存在的上述问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，提高了加热组件加热的均匀性。

为实现上述目的，本发明的所述一种基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，包括：

上盖组件；

下盘体组件，设置在所述上盖组件下方，所述下盘体组件与所述上盖组件组合形成加热腔体；

加热组件，安装在所述下盘体组件内部，对所述加热腔体内进行加热；

温度调节组件，安装在所述下盘体组件内部，对所述加热组件进行温度补偿与调节；以及

通风组件，安装在所述上盖组件上，在所述加热腔体内部排入、排出气体以维持所述加热腔体内的气流稳定。

本发明的有益效果在于：通过上盖组件和下盘体组件形成一个加热腔体对待处理的晶圆加热，在加热过程中，通过温度调节组件对加热组件进行温度补偿，保证加热组件加热时整体温度均匀一致，同时通风组件用于整个加热腔体的气流交换，保证整个加热腔体处于一个稳定的工作环境，同时气流的流动形成一个非接触式的保温层，进一步保证了加热组件加热时温度均匀一致，从而提高了晶圆的加工处理质量。

优选的，所述上盖组件包括依次设置的外层盖、中层盖和内层盖，所述中层盖连接有多个中层盖支撑柱，所述中层盖支撑柱与所述外层盖连接，所述中层盖连接有多个内层盖支撑柱，所述内层盖支撑柱与所述内层盖贴合。

通过中层盖支撑柱和内层盖支撑柱的贴合支撑，将外层盖、中层盖和内层盖之间稳定固定起来，提高整个上盖组件的稳定性。

优选的，所述外层盖下表面与所述中层盖上表面之间设置有均匀排气腔，所述中层盖下表面与所述内层盖上表面之间设置有均匀进气腔。

优选的，所述通风组件包括安装在所述外层盖上表面的通气块，所述通气块的进气端连接有进气管，所述通气块的排气端连接有排气管，所述进气管与所述均匀进气腔相互导通，所述排气管与所述均匀排气腔相互导通。

外部的气体通过进气管进入到通气块并进入到均匀进气腔内部，而加热腔体内的气体通过均匀排气腔进入到通气块并通过排气管排出，使得整个加热腔体的空气流动均匀，为整个加热腔体气流提供一个稳定的环境，同时可以使得整个装置在加热的时候将满足工艺条件的晶圆受热产生的挥发物快速置换出去，以便加热腔体内部保持一个稳定的环境。

优选的，所述内层盖表面还设置有多个出气孔，所述均匀进气腔内部的气体通过出气孔排入到所述加热腔体内部。通过出气孔将均匀进气腔内部的气体排出到加热腔体内部，实现整个气流流动过程。

优选的，所述均匀排气腔与所述通气块的排气端之间通过中层排气通道连接，所述中层排气通道安装在所述中层盖上，所述均匀进气腔与所述通气块的进气端之间通过内层进气通道连接，所述内层进气通道安装在所述内层盖上。

优选的，所述加热组件为陶瓷加热器。

优选的，所述温度调节组件包括至少一个背部温度补偿器，所述背部温度补偿器设置在所述加热组件背部，所述背部温度补偿器与所述加热组件之间形成温度控制区。

通过背部降温补偿器对加热组件的背部进行温度补偿，保证加热组件表面位置的温度均匀一致。

优选的，所述温度调节组件还包括边缘温度补偿器，所述边缘温度补偿器设置在所述加热组件的外边缘，并对所述加热组件进行温度补偿。

通过边缘温度补偿器对加热组件的外边缘进行温度补偿，保证加热组件边缘位置的温度均匀一致，避免加热组件边缘位置因为热量散失而出现温度不均匀的情况。

优选的，所述背部温度补偿器为背部降温块。

优选的，所述下盘体组件包括固定座，所述固定座内部设置有封板，所述加热组件安装在所述固定座上，所述加热组件安装在所述固定座上。

优选的，所述固定座与外层盖之间设置有气流交换通道，所述气流交换通道与均匀排气腔相互导通。由于气流在通过出气孔排出之后分布在加热腔体之中，通过气流交换通道将分布在加热腔体中的气体排入到均匀排气腔内部，并通过排气管排出，实现整个气流流动过程。

优选的，所述固定座上表面还设置有多个安装螺纹孔，所述安装螺纹孔内部螺纹连接有晶圆定位导柱，所述晶圆定位导柱中心处还设置有通孔。通过晶圆定位导柱以及通孔对加热组件上的晶圆进行限位和导向，防止晶圆发生偏移而影响温度测量的稳定性。

优选的，所述背部温度补偿器内部还设置有用于通入冷却气体的补偿通道。用于输入冷却气体进行降温补偿。

优选的，所述下盘体组件包括固定座，所述固定座内部设置有封板，所述加热组件安装在所述固定座上，且所述背部温度补偿器设置在所述封板上。

优选的，所述固定座与外层盖之间设置有气流交换通道，所述气流交换通道与均匀排气腔相互导通，所述补偿通道通入的冷却气体通过所述气流交换通道排入所述均匀排气腔。

优选的，所述固定座上表面还设置有多个安装螺纹孔，所述安装螺纹孔内部螺纹连接有晶圆定位导柱，所述晶圆定位导柱中心处还设置有通孔。

附图说明

图1为本发明的调整装置整体结构示意图；

图2为本发明的通风组件结构示意图；

图3为本发明的气流交换通道结构示意图；

图4为本发明的上盖组件截面结构示意图；

图5为本发明的图4中的B放大结构示意图；

图6为本发明的图4中的A放大结构示意图；

图7为本发明的上盖组件整体结构示意图；

图8为本发明的图7中的C放大结构示意图；

图9为本发明的背部温度补偿器上的补偿通道结构示意图。

图10为本发明的晶圆定位导柱的结构示意图。

图中标号：

1-上盖组件；

11-外层盖；1101-均匀排气腔；

12-中层盖；1201-中层盖支撑柱；1202-内层盖支撑柱；1203-中层排气通道；

13-内层盖；1301-均匀进气腔；1302-出气孔；1303-内层进气通道；

2-下盘体组件；

201-固定座；202-封板；203-气流交换通道；204-安装螺纹孔；205-晶圆定位导柱；206-通孔；

3-加热腔体；

4-加热组件；

5-温度调节组件；501-背部温度补偿器；502-边缘温度补偿器；503-补偿通道；

6-通风组件；61-通气块；62-进气管；63-排气管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

针对现有技术存在的问题，本实用新型的实施例提供了如图1至图10所示，本发明的实施例提供了一种基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，包括：

上盖组件1；

下盘体组件2，设置在所述上盖组件1下方，所述下盘体组件2与所述上盖组件1组合形成加热腔体3；

加热组件4，安装在所述下盘体组件2内部，对所述加热腔体内进行加热；

温度调节组件5，安装在所述下盘体组件2内部，对所述加热组件4进行温度补偿与调节；以及

通风组件6，安装在所述上盖组件1上，在所述加热腔体3内部排入、排出气体以维持所述加热腔体内的气流稳定。

上述装置在使用时，所述下盘体组件2与所述上盖组件1组合形成加热腔体3，通过加热组件4对加热腔体3上的晶圆进行加热，在加热的过程中，当加热组件4上出现温度不均匀一致的时候，通过温度调节组件5对加热组件4的温度进行补偿调整，将加热组件4的温度补偿调整至均匀一致，同时通风组件6使得整个加热腔体3内部的气流压力和流向能够保持在一个稳定的环境，上述的环境可以将晶圆受热产生的挥发物置换出去，进一步保证整个加热腔体3内部的环境稳定。

如图4至图7所示，所述上盖组件1包括从外到内依次设置的外层盖11、中层盖12和内层盖13，所述中层盖11上表面连接有多个中层盖支撑柱1201，所述中层盖支撑柱1201上表面与所述外层盖11下表面贴合，所述中层盖下表面连接有多个内层盖支撑柱1202，所述内层盖支撑柱1202下表面与所述内层盖13上表面贴合。

通过中层盖支撑柱1201和内层盖支撑柱1202的贴合支撑，将外层盖11、中层盖12和内层盖13之间稳定固定起来，提高整个上盖组件1的稳定性。

在一种可能的实施方式中，所述外层盖11下表面与所述中层盖12上表面之间设置有均匀排气腔1101，所述中层盖下表面与所述内层盖上表面之间设置有均匀进气腔1301。

外部的气体通过均匀进气腔1301进入到加热腔体3内部，而加热腔体3内部的气体在使用之后通过均匀排气腔1101向外部排出。

在一种可能的实施方式中，所述内层盖13表面还设置有多个出气孔1302，所述均匀进气腔1301内部的气体通过出气孔1302排入到所述加热腔体3内部，当气体进入到均匀进气腔1301内部的时候，通过多个出气孔1302，将气体排入到加热腔体3内部。

在一种可能的实施方式中，所述下盘体组件2包括固定座201，所述固定座201内部设置有封板202，所述加热组件4安装在所述固定座201上，所述固定座201底端连接有盘体支撑柱207。

在一种可能的实施方式中，如图3所示，所述固定座201与外层盖11之间设置有气流交换通道203，所述气流交换通道203与均匀排气腔1101相互导通。

其中，由于均匀进气腔1301内部的气体通过出气孔1302排入到加热腔体3内部，气流在加热腔体3内部流动之后，通过气流交换通道203进入到均匀排气腔1101内部，从而实现气体的循环流动，通过均匀进气腔1301、气流交换通道203和均匀排气腔1101的共同作用组成一个气流循环通道，使得整个加热腔体3内部的气流压力和流向能够保持在一个稳定的环境，同时上述的环境可以将晶圆受热产生的挥发物置换出去，进一步保证整个加热腔体3内部的环境稳定。

如图10所示，在一种可能的实施方式中，所述固定座201上表面还设置有多个安装螺纹孔204，所述安装螺纹孔204内部螺纹连接有晶圆定位导柱205，所述晶圆定位导柱205中心处还设置有通孔206。

晶圆定位导柱205与安装螺纹孔204转动连接，从而方便晶圆定位导柱205的安装与拆卸，同时晶圆定位导柱205中心的通孔206能够将加热的晶圆固定，对加热组件4上的晶圆进行限位和导向，防止晶圆发生偏移而影响温度测量的稳定性。

在一种可能的实施方式中，所述加热组件4为陶瓷加热器。

其中陶瓷加热器为现有晶圆加热中的常用装置，本实施例中以陶瓷加热器为例具体说明。

在一种可能的实施方式中，所述温度调节组件5包括至少一个背部温度补偿器501，所述背部温度补偿器501设置在所述封板202上并位于所述加热组件4背部，所述背部温度补偿器501与所述加热组件4之间形成温度控制区。

由于加热组件4在具体使用进行加热的时候，由于陶瓷加热器中心热聚集效应，会使加热组件局部温度过高，导致无法进行主动降温，因此利用背部温度补偿器501可以补偿陶瓷加热器局部位置温度过高区域，提高陶瓷盘的温度均匀性。

在一种可能的实施方式中，所述背部温度补偿器501为背部降温块，背部降温块采用半导体制冷进行降温。

由于加热组件4加热时，其中间位置由于中心热聚集效应会积累大量的热量而导致温度升高，通过背部降温块可以起到良好的降温补偿效果，保证整个加热组件4的温度均匀，提高对晶圆的加热效果。

在一种可能的实施方式中，所述温度调节组件5还包括边缘温度补偿器502，所述边缘温度补偿器502设置在所述加热组件4的外边缘，并对所述加热组件4进行温度补偿。

整体加热腔体3边缘的上盖组件1和下盘体组件2之前的气流交换通道203由于热对流现象，大量冷却气体通过气流交换通道203进入加热腔体3内，致使陶瓷加热器边缘温度低，此时，通过边缘温度补偿器502加热进行温度补偿，进而补偿边缘热量的散失，进一步保证加热组件4的上的温度均匀一致。

在一种可能的实施方式中，如图9所示，所述背部温度补偿器501内部还设置有用于通入冷却气体的补偿通道503。

通过补偿通道503,可以通入冷却气体，在加热组件4的局部温度过高时，通过及时通入冷却气体，可以对加热组件4进行快速降温，以便快速实现加热组件4的温度均匀一致。

所述补偿通道503通入的冷却气体通过所述气流交换通道203排入所述均匀排气腔1101。

其中补偿通道503通入的气体在进行冷却之后，通过气流交换通道203排入所述均匀排气腔1101之后排出，实现气流循环。

需要说明的是，上述方案中用到的背部温度补偿器501和边缘温度补偿器502为现有技术中的温度补偿器，其作用是为了进行温度补偿，包括降温补偿与升温补偿，本方案不涉及到对温度补偿器本身的改进，任何能够实现温度补偿的现有技术中的温度补偿器均可以应用于本技术方案之中，此处不再赘述。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述通风组件6包括安装在所述外层盖11上表面的通气块61，所述通气块61的进气端连接有进气管62，所述通气块61的排气端连接有排气管63，所述进气管62与所述均匀进气腔1301相互导通，所述排气管63与所述均匀排气腔1101相互导通。

在具体使用时，外部的洁净气体通过进气管62进入，之后进入到通气块61内部，并通过通气块61排入到均匀进气腔1301内部，以便后续工艺过程中使用。

在一种可能的实施方式中，所述均匀排气腔1101与所述通气块61的排气端之间通过中层排气通道1201连接，所述中层排气通道1201安装在所述中层盖12上，所述均匀进气腔1301与所述通气块61的进气端之间通过内层进气通道1302连接，所述内层进气通道1302安装在所述内层盖13上。

需要说明的是，上述方案中的外部气体通过进气管62进入到通气块61内部，之后通气块61的进气端将外部气体排入到内层进气通道1303，并通过内层进气通道1303排入到均匀进气腔1301内部，之后均匀进气腔1301内部的气体通过出气孔1302进入到加热腔体3之中，其中的空气进入加热腔体3的流动方向如图8中的箭头所示，而加热腔体3中使用过的气体通过气流交换通道203进入到均匀排气腔1101，之后通过中层排气通道1203排出到通气块61内部，并通过通气块61的排气端将气体排出到排气管63，从而实现气体的流动过程，其中空气从加热腔体3流出到外部的过程中气流的流动方向如图5中的箭头所示。

本发明的工作原理如下：

在加热组件4对晶圆加热的过程中，对加热组件4进行温度检测，当七分区出现局部加热的温度过高时，通过背部温度补偿器501对加热组件4进行降温补偿，当出现边缘温度过低时，通过边缘温度补偿器502对加热组件4进行加热补偿，直至整个加热组件4的温度达到均匀一致，即对加热组件4进行温度检测时显示的温度符合标准。

需要说明的是，加热组件4使用时会通过分区形成加热分区，包括三分区、五分区、七分区、八分区，即大于三的多分区，本发明的装置能够应用在具有不同分区的加热组件4上，即应用于具有不同分区的陶瓷加热器，具体工作过程如上所述，此处不再赘述。

虽然在上文中详细说明了本实用新型的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本实用新型的范围和精神之内。而且，在此说明的本实用新型可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (14)

1.一种基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，包括：

上盖组件；

下盘体组件，设置在所述上盖组件下方，所述下盘体组件与所述上盖组件组合形成加热腔体；

加热组件，安装在所述下盘体组件内部；

温度调节组件，安装在所述下盘体组件内部，对所述加热组件进行温度补偿与调节；以及

通风组件，安装在所述上盖组件上，在所述加热腔体内部排入、排出气体以维持所述加热腔体内的气流稳定。

2.根据权利要求1所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述上盖组件包括依次设置的外层盖、中层盖和内层盖，所述中层盖连接有多个中层盖支撑柱，所述中层盖支撑柱与所述外层盖连接，所述中层盖连接有多个内层盖支撑柱，所述内层盖支撑柱与所述内层盖连接。

3.根据权利要求2所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述外层盖下表面与所述中层盖上表面之间设置有均匀排气腔，所述中层盖下表面与所述内层盖上表面之间设置有均匀进气腔。

4.根据权利要求3所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述通风组件包括安装在所述外层盖上表面的通气块，所述通气块的进气端连接有进气管，所述通气块的排气端连接有排气管，所述进气管与所述均匀进气腔相互导通，所述排气管与所述均匀排气腔相互导通。

5.根据权利要求3所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述内层盖表面还设置有多个出气孔，所述均匀进气腔内部的气体通过出气孔排入到所述加热腔体内部。

6.根据权利要求4所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述均匀排气腔与所述通气块的排气端之间通过中层排气通道连接，所述中层排气通道安装在所述中层盖上，所述均匀进气腔与所述通气块的进气端之间通过内层进气通道连接，所述内层进气通道安装在所述内层盖上。

7.根据权利要求1所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述加热组件为陶瓷加热器。

8.根据权利要求1所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述温度调节组件包括至少一个背部温度补偿器，所述背部温度补偿器设置在所述加热组件背部，所述背部温度补偿器与所述加热组件之间形成温度控制区。

9.根据权利要求8所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述温度调节组件还包括边缘温度补偿器，所述边缘温度补偿器设置在所述加热组件的外边缘，并对所述加热组件进行温度补偿。

10.根据权利要求8或9所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述背部温度补偿器为背部降温块。

11.根据权利要求8或9所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述背部温度补偿器内部还设置有用于通入冷却气体的补偿通道。

12.根据权利要求11所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述下盘体组件包括固定座，所述固定座内部设置有封板，所述加热组件安装在所述固定座上，且所述背部温度补偿器设置在所述封板上。

13.根据权利要求12所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述固定座与外层盖之间设置有气流交换通道，所述气流交换通道与均匀排气腔相互导通，所述补偿通道通入的冷却气体通过所述气流交换通道排入所述均匀排气腔。

14.根据权利要求12所述的基于陶瓷加热器温度一致性的调整装置，其特征在于，所述固定座上表面还设置有多个安装螺纹孔，所述安装螺纹孔内部螺纹连接有晶圆定位导柱，所述晶圆定位导柱中心处还设置有通孔。

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