CN213814288U - 一种匀胶显影均温加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种匀胶显影均温加热装置，包括加热盘体，所述加热盘体包括上盖与下盖，所述上盖表面为晶圆加热面，所述上盖与下盖扣合到一起，接合缝处密封后成为一个密封腔体式的托盘，所述腔体腔内充满导热液体，所述上盖上表面潜表固定温度传感器，所述下盖印刷加热电路，所述温度传感器及加热电路接入控制器。将热对流+热传导+热辐射三者全方位结合来提高加热的温度均匀性，有效覆盖了各种孔及异形结构对加热均匀性的影响，使加热均匀性易于实现。

Description

一种匀胶显影均温加热装置

技术领域

本发明涉及但不限于半导体制程中匀胶显影设备。具体说它是一种实现匀胶显影设备中烘烤盘极均匀加热的方法与整套技术。

背景技术

当前，国民经济飞速发展，各种先进设备层出不穷，为各行各业提供了强大、高效的制造能力，例如航天、航空、半导体、精密制造等领域。

其中，这些领域中对加热要求与一般民用行业比有高得多的要求。例如但不限于，半导体设备中的匀胶显影设备。

匀胶显影机是半导体加工工序中光刻工序前后的前烘和后烘工序所用的设备。烘干工序主要是要使显影剂中的溶剂挥发，增加光刻胶粘附性，缓和应力。如果溶剂挥发速度不一致，将会使胶面高低不平、坑坑洼洼，严重影响后道的光刻质量。

随着针对半导体行业设备的生产性、品质的要求越来越高、晶圆表面温度控制已经成为左右半导体设备性能的重要一项。

因此，晶圆盘面的加热温度需要保持高度一致，各处温差甚至要求达到± 0.1℃。目前只有国外极少数企业号称能达到这个水平，国内厂家相对比较落后。

晶圆的烘烤主要是由匀胶显影机的烘烤托盘在下方加热实现，托盘与晶圆尺寸匹配。晶圆与托盘保持0.1-0.3mm间距，主要进行辐射式的加热，以防过烘。

托盘的主要结构是一个平台，用于放置晶圆并提供烘烤加热。托盘平面必须保证足够的平整度，而且要易于导热，来保证对晶圆进行均匀烘烤。

当前，各厂商通常都会选用高导热系数的材料作为加热托盘的盘体，如铝、不锈钢、氮化铝、碳化硅等。托盘的底部放置加热材料，一般使用电热丝。通电后电热丝发热将热量传导给盘体，盘体升温实现对晶圆的烘烤。

在实际工作过程中，热盘的温度均匀度都不理想，往往只达到±0.5℃。究其原因，主要是由于圆形托盘上面有很多功能孔与异形结构体，对电热丝的布局有很大影响，很难实现均匀布线；另外，由于电热丝普遍电阻均匀度不高，不同线段的功率不均匀，造成加热源热线性度不均匀，致使导热系数高的材料虽导热快，但也把不均匀性‘透明’地‘显露’到托盘表面，不能完全覆盖温差。综上原因，当前的热盘工艺水平无法满足匀胶显影设备的技术要求。

针对这个问题，目前国外厂商尤其是日本厂家选择将热盘表面划分多个区，然后通过复杂的温控电路分别同时进行温度控制，也就是先保证小区块温差达标，再多温区分别对齐的思路。目前这种思路温控效果达到±0.2～0.3℃左右水平。

此方法的缺点是：采样点极多，加热电路极多，控制算法复杂，只有日本公司愿意花精力堆叠这些算法乐此不疲，功率加热导线、控制线多如牛毛，而且分区办法不能从根本上解决底部加热源电路不均匀的问题。

为此，我们提出一种匀胶显影均温加热装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种匀胶显影均温加热装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种匀胶显影均温加热装置，包括加热盘体，所述加热盘体包括上盖与下盖，所述上盖表面为晶圆加热面，所述上盖与下盖扣合到一起，接合缝处密封后成为一个密封腔体式的托盘，所述腔体腔内充满导热液体，所述上盖上表面潜表固定温度传感器，所述下盖印刷加热电路，所述温度传感器及加热电路接入控制器。

优选的，所述上盖与下盖材料包括但不限于铜、铝、不锈钢、各种合金等导热效果好的材料。

优选的，所述导热液体可以选择但不限于：导热油、纯水、有机溶剂等。

优选的，所述导热液体为合成芳烃导热油，比热约为0.6J/Kg·K，与铝相近，即与铝升温速度相近。

优选的，所述腔体侧面圆周壁，加热电路与下盖间均涂附隔热绝缘层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对这种不足，本发明另辟蹊径，放弃固态加热的思路，改为流体均热思路。由于流体有一个非常重要的特点：有温差就有对流，形成流场，进行对流换热，直到温差消失，对流停止。这是熵增定律最典型实例。在液体粘度足够低时，对流换热效果非常明显，在理论上是可以消除温差的。而固态加热的热传导方式理论上只能减少温差但不能消除温差。

将加热盘制作成锅炉式中空密封腔体，内部充满导热油，将热对流+热传导 +热辐射三者全方位结合来提高加热的温度均匀性，有效覆盖了各种孔及异形结构对加热均匀性的影响，使加热均匀性易于实现。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

1加热盘体，11上盖，12下盖，2温度传感器，3加热电路，4隔热绝缘层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种匀胶显影均温加热装置，包括加热盘体1，所述加热盘体1包括上盖11与下盖12，设计时尽量让结构体、异形体平衡对称地分布在空间内，使对流对称，流场平衡，所述上盖11与下盖12 材料包括但不限于铜、铝、不锈钢、各种合金等导热效果好的材料。所述上盖 11表面为晶圆加热面，所述上盖11与下盖12扣合到一起，接合缝处密封后成为一个密封腔体式的托盘，腔体底部、壳体圆周方向内侧边缘宜增加绝热材料，以保证热量最大限度地向盘顶正上方圆面传导。一可简化、规范流场，二可节能环保、避免浪费。所述托盘腔体腔内充满导热液体，导热腔体要尽量‘宽敞’，腔体高度也要足够，不能太薄，以使流场通畅，充分对流；所述导热液体可以选择但不限于：导热油、纯水、有机溶剂等，导热油必须先尽量粘度低、流性好的品号，所述导热液体为合成芳烃导热油，比热约为0.6J/Kg·K，与铝相近，即与铝升温速度相近，所述上盖11上表面潜表固定温度传感器2，进行温度采样，所述下盖12印刷加热电路3，所述腔体侧面圆周壁，加热电路3与下盖12 间均涂附隔热绝缘层4，使底部与侧面圆周方向散热尽量小(且有利于节能)，整个热盘只剩顶面一个主散热面，有利于简化对流场模型；所述温度传感器2 及加热电路3接入控制器，由控制器统一进行温度控制。

加热时，电路通电，温度上升，腔体内加热液体升温开始流动，电阻发热电路的热量通过液体对流+传导+辐射将热量传给托盘表面。当达到目标温度附近时，停止加热，腔内导热液体自由流动。如有温差，液体始终会有对流流场进行熵增扩散，直到温差消除。因此，只要时间足够，一定能达到熵增终极态的等温平衡，这是理论上最接近零差达到温度均匀效果的方法。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种匀胶显影均温加热装置，包括加热盘体(1)，其特征在于：所述加热盘体(1)包括上盖(11)与下盖(12)，所述上盖(11)表面为晶圆加热面，所述上盖(11)与下盖(12)扣合到一起，接合缝处密封后成为一个密封腔体式的托盘，所述托盘腔体腔内充满导热液体，所述上盖(11)上表面潜表固定温度传感器(2)，所述下盖(12)印刷加热电路(3)，所述温度传感器(2)及加热电路(3)接入控制器。

2.根据权利要求1所述的一种匀胶显影均温加热装置，其特征在于：所述上盖(11)与下盖(12)材料包括铜、铝、不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种匀胶显影均温加热装置，其特征在于：所述导热液体可以选择：导热油、纯水、有机溶剂。

4.根据权利要求3所述的一种匀胶显影均温加热装置，其特征在于：所述导热液体为合成芳烃导热油，比热约为0.6J/Kg·K，与铝相近，即与铝升温速度相近。

5.根据权利要求1所述的一种匀胶显影均温加热装置，其特征在于：所述托盘腔体侧面圆周壁，加热电路(3)与下盖(12)间均涂附隔热绝缘层(4)。

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