CN216286158U

CN216286158U - 一种匀胶显影快速均温加热单元

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Publication number: CN216286158U
Application number: CN202122163236.5U
Authority: CN
Inventors: 王阳明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2031-09-08

Abstract

本实用新型公开了一种匀胶显影快速均温加热单元，包括中空的热盘盘体，所述热盘盘体腔内设有介质液体，所述热盘盘体底部贴合有向上导热和对下部隔热的夹层加热电路，所述夹层加热电路的底端设有将夹层加热电路与热盘盘体压紧的底部压板。该匀胶显影快速均温加热单元将中间导热部分设计成相变导热腔或称热管，腔内真空充入适合的介质液体，通过液体的相变导热技术加快换热速度，使盘面横向温差极快速被覆盖。汽态导热系数相较液态有大大提升，均匀加热效果也就大幅提升，同时还能有效减薄热盘厚度。

Description

一种匀胶显影快速均温加热单元

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，也称为涂胶显影设备的加热托盘。具体说它是一种实现匀(涂)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；

晶圆的烘烤主要是通过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电路，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，热盘盘面各处的温度均匀度都不理想，很难突破±0.5℃。究其原因，主要有以下几点：

1.结构原因：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；

2.电气原因：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；

3.材料原因：从加热丝到盘表面，中间是导热材料。目前众多失败厂家都选择高导热系数的导热材料如氮化铝等。原因是：a.高导热系数材料虽然导热快、热量扩散快，但正是由于导热快，底部加热丝的的热场不均匀性会更快速“透明”地被顶面“看到”，而且这种热场温差“图像”会比导热系数低的材料更“清晰”。

由于热传导只会使热场温差变小，即“图像”会随时间变越来越“模糊”但永远不能达到理论均匀。这是大家失败的理论原因；

b.如果材料导热系数低会使热量传导扩散慢，虽然温差“图像”相对会更“模糊”，但却很难能满足工艺加热速度的要求，而且同样存在不小的温差。

综上所述，材料导热系数本身对均匀加热就是双刃剑，使得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。。。。。。而且分区办法是不能解决底部加热源电路不均匀的问题的。

为此，我们提出一种匀胶显影快速均温加热单元。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种匀胶显影快速均温加热单元，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种匀胶显影快速均温加热单元，包括中空的热盘盘体，所述热盘盘体腔内设有介质液体，所述热盘盘体底部贴合有向上导热和对下部隔热的夹层加热电路，所述夹层加热电路的底端设有将夹层加热电路与热盘盘体压紧的底部压板。

进一步地，所述热盘盘体为圆盘外形的内空腔体结构，其腔内中空连通，上下底面之间均匀分布有既能加强上下面的耐压强度，又为蒸汽介质提供冷凝毛细结构的柱子。

进一步地，所述热盘盘体腔体内顶部浅表处埋设有用于来监测盘体表面的实时温度的高精度温度传感器。

进一步地，所述高精度温度传感器及夹层加热电路电性连接控制器，由控制器统一进行温度控制。

进一步地，所述夹层加热电路选择但不限于合金金属膜，薄膜厚度<100uM。

进一步地，所述热盘盘体外部底面和圆周外侧喷涂高隔热涂层，保留盘顶面为散热面。

进一步地，所述介质液体为纯水、氨、丙酮、甲苯的一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：针对以上种种不足，本发明彻底推翻前人的思路，将中间导热部分设计成相变导热腔或称热管，腔内真空充入适合的介质液体，通过液体的相变导热技术加快换热速度，使盘面横向温差极快速被覆盖。汽态导热系数相较液态有大大提升，均匀加热效果也就大幅提升，同时还能有效减薄热盘厚度。

附图说明

图1本实用新型结构示意图。

图中：1、均热盘体；2、介质液体；3、夹层加热电路；4、底部压板；5、柱子；6、高精度温度传感器。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，一种匀胶显影快速均温加热单元，包括中空的热盘盘体1，热盘盘体1材料包含但不限于不锈钢或铜、铝，要兼顾与介质液体的物理化学性质关系，整体设计成一个圆盘外形的内空腔体结构，腔体壁厚要能承受足够的内压而不形变，同时保留各个工艺孔与柱结构；

热盘盘体1腔内抽真空后注入适量纯净的相变介质材料，其介质液体2包括但不限于：纯水、氨、丙酮、甲苯等；

热盘盘体1腔内中空连通，保证变相的液体蒸汽能到达任何角落，上下底面之间均匀分布数十个柱子5(类似于有柱子的大厅)，既加强上下面的耐压强度，又为蒸汽介质提供冷凝毛细结构。如果不分上下盖扣合式结构，腔体可考虑3D打印；

热盘盘体1底部夹层加热电路3，夹层加热电路3向上导热，对下部隔热。由于相变介质可蒸发将热量传递到腔内任何位置，故对夹层加热电路3的均匀性要求不高，再用底部压板4将夹层加热电路3与热盘盘体1底部压紧；热盘盘体1底部外部底面和圆周外侧喷涂高隔热涂层(λ<0.002W/(m·K))，只保留盘顶面一个散热面，以简化热场边界条件、减少盘体边缘散热降温、减少浪费、节能环保；

热盘盘体1底部腔体内顶部浅表处埋设高精度温度传感器6来监测热盘盘体1表面的实时温度；

高精度温度传感器6及夹层加热电路3接入控制器，由控制器统一进行温度控制；

加热时，a.电路通电，加热热盘盘体1腔体底部的介质液体蒸发成汽态，蒸汽瞬间遍布腔体各处；b.由于只有顶面一个散热面，蒸汽会在顶面凝结放热，完成热交换；c.凝结的介质液体顺着盘腔内的柱体5及侧壁流回底部；d.腔体底部再次把冷凝的液体加热成蒸汽，如此往复进行加热；

由于蒸汽介质会自由充斥到内腔任何位置，相变介质只要有温差就会有对流压差，形成对流换热直到消除温差。因此这是一种理论上温差极小的均温加热方式。

同时，由于蒸汽流动速度比液体更快，热惯性小，温控更精确，因此它又是一种极快速极小温差的均温加热技术。其根本原因就是通过介质由液态变化成汽态的相变过程中“搬运”的热量要快得多的特点，实现了等效导热系数达到λ>1000W/(m·K)级的水平，充分满足了快速高效的均温加热要求。

本发明将相变传热技术充分运用到了均温控制技术上，彻底颠覆了匀胶显影行业热盘技术的传统思路，使得系统对加热电路均匀性、导热盘体材料不再挑剔，为匀胶显影均温热盘提供了完美解决方案。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种匀胶显影快速均温加热单元，包括中空的热盘盘体(1)，所述热盘盘体(1)腔内设有介质液体(2)，其特征在于：所述热盘盘体(1)底部贴合有向上导热和对下部隔热的夹层加热电路(3)，所述夹层加热电路(3)的底端设有将夹层加热电路(3)与热盘盘体(1)压紧的底部压板(4)。

2.根据权利要求1所述的一种匀胶显影快速均温加热单元，其特征在于：所述热盘盘体(1)为圆盘外形的内空腔体结构，其腔内中空连通，上下底面之间均匀分布有既能加强上下面的耐压强度，又为蒸汽介质提供冷凝毛细结构的柱子(5)。

3.根据权利要求1所述的一种匀胶显影快速均温加热单元，其特征在于：所述热盘盘体(1)腔体内顶部浅表处埋设有用于来监测盘体表面的实时温度的高精度温度传感器(6)。

4.根据权利要求3所述的一种匀胶显影快速均温加热单元，其特征在于：所述高精度温度传感器(6)及夹层加热电路(3)电性连接控制器，由控制器统一进行温度控制。

5.根据权利要求1所述的一种匀胶显影快速均温加热单元，其特征在于：所述热盘盘体(1)外部底面和圆周外侧喷涂高隔热涂层，保留盘顶面为散热面。

6.根据权利要求1所述的一种匀胶显影快速均温加热单元，其特征在于：所述夹层加热电路(3)为合金金属膜，薄膜厚度<100uM。