CN219586179U - 一种适用于不同尺寸晶圆的加热器的更换结构 - Google Patents

一种适用于不同尺寸晶圆的加热器的更换结构 Download PDF

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CN219586179U CN202221694056.8U CN202221694056U CN219586179U CN 219586179 U CN219586179 U CN 219586179U CN 202221694056 U CN202221694056 U CN 202221694056U CN 219586179 U CN219586179 U CN 219586179U
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何琪娜
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刘先兵
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Abstract

本申请提供一种适用于不同尺寸晶圆的加热器的更换结构,所述陶瓷加热器制为分体结构,所述分体结构包括固定结构和可更换结构,所述固定结构为加热部件,所述可更换结构为晶圆承载件,根据不同尺寸的晶圆,更换所述晶圆承载件,在所述加热部件和所述晶圆承载件之间设置金属焊接层、气隙面或者有机硅胶层,本申请解决了匹配不同大小晶圆的同时保证了导热性的要求,结构简单,很大程度上降低了成本。

Description

一种适用于不同尺寸晶圆的加热器的更换结构
技术领域
本发明属于半导体技术领域,具体涉及CVD设备中一种适用于不同尺寸晶圆的加热器的更换结构。
背景技术
化学气相淀积设备,简称CVD设备是半导体芯片前道工艺薄膜沉积的关键设备。薄膜沉积一般需要将晶圆温度控制在400℃-650℃之间,这样就需要使用到加热器,而且在这一温度范围下除了保持晶圆温度的均匀性外,还需要保证加热部件在CVD过程中不被反应气体侵蚀而产生颗粒,对晶圆沉积膜层产生不良影响,因此,唯一可以选用的便是陶瓷加热器,陶瓷加热器由于特殊的制备工艺,需要将加热部件与陶瓷热压烧结成一个致密的整体从而来保证较高的加热效率及发热均匀性,且制备过程工序比较复杂,因此造价相对昂贵,并且沉积薄膜对晶圆受热的均匀性要求很高,受热越均匀,晶圆表面沉积所形成的薄膜质量就会越高,所以目前的陶瓷加热器采用一体化设计,从而来实现高效均匀的热传导功能。然而在实际操作过程当中,技术人员又发现了新的问题,为了匹配不同尺寸的晶圆就需要有相应尺寸的加热器与之匹配,这样才能方便机械手臂将晶圆准确的放入加热器表面的晶圆承载面上,所以哪怕是同种工艺,只要是晶圆尺寸不同,都需要有不同的加热器与之对应,无形中增加了成本。另外,由于陶瓷加热器长期在高温且具有腐蚀性的气体中工作,不免对陶瓷表面造成腐蚀伤害,尤其是加热器的上表面受到腐蚀的程度最为严重,即使只有上表面损坏也需要更换整个陶瓷加热器,缩短了陶瓷加热器的使用寿命,从而增加了芯片制备的成本。为了节约生产成本,根据以上需要解决的问题,在原有基础上创新发明出一种可节约芯片生产成本的陶瓷加热器尤为重要。
发明内容
有鉴于此,本申请提供一种适用于不同尺寸晶圆的加热器的更换结构,所述陶瓷加热器制为分体结构,所述分体结构包括固定结构和可更换结构,所述固定结构为加热部件,所述可更换结构为晶圆承载件,根据不同尺寸的晶圆,更换所述晶圆承载件,在所述加热部件和所述晶圆承载件之间设置金属层、气隙面或者有机硅胶层。
射频部件引出电极为的金属引出电极,所述引出电极连接于所述金属层并由陶瓷管内部穿过,陶瓷层的使用温度范围内体积电阻率控制在1E8Ω·cm-1E12Ω·cm,实现静电吸附晶圆。
陶瓷管壁内的贯通气孔21为从陶瓷管底部贯通到陶瓷管表面的直线贯通气孔,与从加热部件1底部加工出与加热部件上表面相通的气孔22相通,起到流通气体的作用。
具体地,在所述加热部件的上表面加工气隙面凸台。
本申请的用在晶圆加热器上的晶圆加热承载结构,所述结构包括:
晶圆承载件,其具有第一表面和第二表面,其中,第一表面用于接触式承载晶圆;
导热层,该导热层紧密接触所述晶圆承载件的第二表面,能够将热量传导到所述晶圆承载件上;
加热器,能够发热,该加热器紧密接触所述导热层,所述加热器能够发热。
如此,使用本发明的晶圆加热承载结构,即可方便地更换晶圆承载件,并且保证了导热效果。
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆承载件为圆形板。
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆承载件其第一表面设有尺寸跟晶圆匹配的晶圆放置槽。
通过不同晶圆尺寸匹配不同尺寸的晶圆放置槽,可以更好地固定晶圆的位置,保证每次放入晶圆的位置都是一样的,从而保证晶圆工艺过程中沉积膜层厚度的一致性。
可选地,根据本申请的实施方式,所述导热层为惰性气体。
可选地,根据本申请的实施方式,所述导热层为金属。
可选地,根据本申请的实施方式,所述导热层为硅胶。
可选地,根据本申请的实施方式,所述导热层为真空。
即,可以根据使用环境及对功能的不同要求,选择不同的导热层。
本申请的晶圆加热器,所述结构包括:
晶圆承载件,其具有第一表面和第二表面,其中,第一表面用于接触式承载晶圆;
导热层,该导热层紧密接触所述晶圆承载件的第二表面,能够将热量传导到所述晶圆承载件上。
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆加热器还包括加热部件,其为圆形,并能够发热,且具有第一表面和第二表面,该加热器第一表面紧密接触所述导热层。
可选地,根据本申请的实施方式,所述导热层由惰性气体或金属或硅胶或真空形成。
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆加热器还包括陶瓷管,该陶瓷管设在所述加热器的第二表面。
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆承载件的第一表面设有尺寸跟晶圆匹配的晶圆放置槽。
可选地,根据本申请的实施方式,当所述导热层由惰性气体形成时:
可选地,根据本申请的实施方式,所述陶瓷管中设有气孔;
可选地,根据本申请的实施方式,所述加热器第一表面设有直径在φ0.1mm-φ5mm之间、高度在5um-70um之间的凸台,能够在所述加热器与所述晶圆承载件间充盈惰性气体,将热量传导到所述晶圆承载件上。
上述方案中,可以更换该晶圆加热器晶圆承载件,同时利用惰性气体作为导热层,增强其热传导性。
可选地,根据本申请的实施方式,当所述导热层由金属形成时:
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆加热器还包括射频部件引出电极,其连接所述导热层,能够靠静电吸附所述晶圆。
上述方案中,不单具有可拆卸性和热传导性,还可以提供静电吸附的功能,即增加电极层及控制晶圆承载件的体积电阻率在使用温度下为1E8~1E12Ω·cm。
本申请的用于晶圆加热器上的晶圆承载结构,所述结构包括:
晶圆承载件,其具有第一表面和第二表面,其中,第一表面用于接触式承载晶圆;
导热层,该导热层紧密接触所述晶圆承载件的第二表面,能够将热量传导到所述晶圆承载件上。
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆承载件为圆形板,其第一表面设有尺寸跟晶圆匹配的晶圆放置槽;
可选地,根据本申请的实施方式,所述导热层由惰性气体或金属或硅胶或真空形成。
本申请的用于晶圆加热器的金属导热层焊接方法,包括步骤:
喷砂,对所述接触面进行喷砂处理,使粗糙度达到Ra0.4um-Ra1.4um;
放置,将金属导热层放置于晶圆承载件和加热器之间;
加热,将晶圆承载件、加热器及金属箔片整体放入真空钎焊炉中,启动真空钎焊炉加热到对应金属箔片的焊接温度。
采用上述金属导热层焊接方法可以增强金属导热层的热传导性。
金属箔片可以根据温度需要选择银,镍,铝,锡等箔片。
金属箔片只需要避开晶圆承载件和加热器上面的三个顶针通孔位置即可,正常金属箔片在孔的位置相应开出孔,孔的直径大小比顶针孔大1-6mm。
如顶针孔直径为4mm,则金属箔片避开孔直径可为5mm,8mm,10mm。
本申请的用于晶圆加热器的增加硅胶导热层稳定度的方法,包括步骤:
备料,准备硅胶、球形陶瓷微球或玻璃微珠;
混合,在硅胶中混入均匀粒径的球形陶瓷微球或玻璃微珠,混入比例为1%—10%体积比,球形陶瓷微珠或者玻璃微珠的尺寸需要根据界面层厚度要求,取20-120um;
涂覆,将混合后的硅胶脱泡后均匀地涂覆在需要连接或增强导热的界面间,界面层厚度为20um-120um;
压实,脱泡,通过配重加压,将界面层压实;
烘干,将界面层放入真空烘箱内。
通过上述方法得到的硅胶导热层结构更加稳固。
为了满足部分要求不高但是对更换晶圆承载件频率高的应用,本申请还提供了用于晶圆加热器的真空贴附方法,包括步骤:
将加热器第一表面研磨抛光到粗糙度小于0.1um,平面度小于0.003mm;晶圆承载件第二表面抛光至粗糙度小于0.1um,平面度小于0.003mm;
将晶圆承载件第二表面放置在加热器第一表面上,预紧周围的螺丝,将组装好的加热器放入真空箱中,抽真空到-100大气压,取出后,将螺丝进一步拧紧,由于两个平面光洁度和平行度都很高,很容易会真空吸附贴合在一起,再加上边缘螺丝拧紧,则两个面接触非常紧密,可以保证最简洁的方式实现热量的有效传递。
本申请的一种用气隙面做导热层的晶圆加热器,所述结构包括:
晶圆承载件,其具有第一表面和第二表面,其中,第一表面用于接触式承载晶圆;
导热层,该导热层紧密接触所述晶圆承载件的第二表面,能够将热量传导到所述晶圆承载件上。
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆承载件为圆形板,其第一表面设有尺寸跟晶圆匹配的晶圆放置槽;
该气隙导热层的制备方法如下:
在加热器第一表面上真空贴附喷砂掩膜,根据所需的凸台的形状,在有凸台的位置上面都有对应的掩膜覆盖,无凸台的地方则没有;
喷砂,在距离加热器表面100mm-150mm的距离喷砂,喷砂粒径为#400~#2000之间,凸台以外的区域无掩膜覆盖,通过喷砂可以将该区域去除,再着根据凸台的高低,可以选用粒径不同的砂材来喷射,喷射的轨迹为来回反复,相邻轨迹之间间距根据喷砂头的大小调节,正常为喷砂头大小的0.5~0.8倍之间.喷砂速度为100~600mm/s,通过控制喷砂的次数可以控制凸台的高度,凸台的高度控制在5~50um之间,最终形成凸台直径为0.1mm~5mm。
喷砂掩膜为聚碳酸酯薄膜,通过菲林曝光显影保留所要遮蔽的图案。在喷砂结束后,直接通过水洗即可冲掉掩膜。
将晶圆承载件边缘通过陶瓷螺钉锁入螺纹孔固定在加热器上,螺钉可以从晶圆承载面锁入也可以通过加热器另外一面锁入或者从侧面锁入。
通过从管子内事先加工的气孔,可以将气体通入气隙面间,气体可以为氦气,氮气,氩气等惰性气体,优选为氦气。
本申请还提出了一种晶圆加热器,所述结构包括:
晶圆承载件,其具有第一表面和第二表面,其中,第一表面用于接触式承载晶圆;
导热层,该导热层紧密接触所述晶圆承载件的第二表面,能够将热量传导到所述晶圆承载件上。
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆加热器还包括加热部件,并能够发热,且具有第一表面和第二表面,该加热器第一表面紧密接触所述导热层。
可选地,根据本申请的实施方式,所述导热层由惰性气体或金属或硅胶或真空形成。
可选地,根据本申请的实施方式,所述晶圆加热器还包括陶瓷管,该陶瓷管设在所述加热器的第二表面。
附图说明
这里,构成本申请一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解。本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请并不构成对本申请的不当限定。附图中:
图1为本发明为真空贴附连接方式示意图。
图2为气隙面连接方式的截面图.
图3为加热器的俯视图;
图4为金属焊接连接或有机硅胶贴附方式的截面图.
图5为连接层为金属焊接方式时,实现静电吸附功能金属焊接连接方式的截面图。
图6为本发明为金属焊接连接方式和有机硅胶贴附方式示意图.
附图标记:
1:加热器;
10:顶针孔;
11:加热部件;
111:加热器引出电极;
12:气隙面;
121:气隙面凸台;
13:金属焊接层或导热硅胶层;
131:为金属焊接层引出电极;
2:陶瓷管;
21:陶瓷管壁内的贯通气孔;
22:加热部件贯通气孔
3:晶圆承载件;
31:晶圆放置槽;
A:可拆卸式固定装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明,以便能够更好地理解本发明的方案以及各个方面的优点。然而,以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的,而不是对本发明的限制。
在下文中,仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样,在不脱离本发明的精神或范围的情况下,可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此,附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语"上"、"下"、"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发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的部件或结构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发明的限制。在本发明的描述中,"多个"的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语"设置"、"连接"等应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本发明。
现有陶瓷加热器的优势在于其耐等离子腐蚀能力强,导热能力好,并且发热比较均匀,但其最大的缺陷就是无法拆卸,需要整体更换陶瓷加热器才可以实现匹配不同大小的晶圆,成本无法得到很好地控制。
因此,本发明人认为上述缺陷可改善,通过创造性劳动,提出了一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。
本发明核心在于通过增加陶瓷加热器顶部可拆卸更换的设计,通过更换不同晶圆承载尺寸的陶瓷件,从而实现不同尺寸晶圆的兼容,使得陶瓷加热器适用性更强。并且,由于陶瓷加热器长期在高温且有腐蚀性的气体环境中工作,不免对陶瓷表面造成腐蚀伤害,尤其是加热器上表面,通过更换陶瓷上表面部分也可以很好的解决这一问题,陶瓷表面部件相对陶瓷加热器成本低廉,这样可以提高陶瓷加热器的使用寿命,减小晶圆制备过程的成本。
虽然本发明改进优势明显,可以很好的降低成本,但是显而易见的分体结构的热传导能力及发热均匀性毕竟不如一体结构,本发明人继续优化,得出了可选方案:在分体结构的基础上进一步增加了介于陶瓷加热器基底与其上表面之间的导热介质,如通过在接触面制作气隙面。众所周知,真空传热是慢的,本发明的分体机构之间的界面在要求不高的情况下可以用真空贴附,而对导热要求高则可用气体填充,所起到的传热效果会更好。
也可以通过金属焊接来实现,金属的导热性相对其他物体都要高,用金属作为连接的介质有助于热量的扩散传导,使得陶瓷加热器基底和其上表面基本成一整体,不会由于有间隙而引起的热量传导不畅。
还可以通过导热胶连接,当使用温度小于200度时,就可以应用导热胶连接,同样起到无间隙的热传播形式。
上述所举例的方式均可使得分体的两部分结构之间的间隙得到很好地填充,从而弥补一体结构改进为分体结构而损失的一部分热传导能力及发热均匀性,并且不仅限于上述方式,其他可以增强导热性及均匀性的方式均可实现此目的,可以根据实际操作当中的需求进行调整。
在下文中,需要说明的是:气隙面凸台为凸台的一种具体实施方式;管壁内的贯通气孔为气孔的一种具体实施方式;晶圆承载件为晶圆承载件的一种具体实施方式。
下面结合图例来具体说明本发明的可适应不同晶圆尺寸的加热器系统及制备方法。
实施例1
图1为本发明的真空贴合连接方式示意图。
如图所示,加热部件11,陶瓷管2,晶圆承载盘3,加热部件引出电极111。
其中一种形式,可拆卸式固定装置A采用的其中一种方案可以是固定螺丝,将固定螺丝由晶圆承载件3上表面旋入贯穿,再旋入加热部件1中。
固定装置A还可以是陶瓷螺纹,晶圆承载件3下表面凸环内周加工内螺纹,加热部件1外周加工外螺纹与上述内螺纹相匹配,则可将晶圆承载件3旋转固定于加热部件1上。
或者是插销,其中插头安装于晶圆承载件3上,插座安装于加热部件1上,将插头插入插销来实现晶圆承载件3与加热部件1的连接。
亦可以是其他可拆卸的固定装置只要可以实现晶圆承载件3可更换的作用均可。
特点在于拆卸更换晶圆承载件3的方式非常便利,适合在对于温度均匀性要求不高的情况下应用。
具体地,将加热部件11的上表面研磨抛光到粗糙度0.05um,平面度0.001mm;晶圆承载件3第二表面抛光至粗糙度0.07um,平面度0.002mm;
将晶圆承载件第二表面放置在加热部件上,预紧周围的螺丝,将组装好的加热器放入真空箱中,抽真空到-100大气压,取出后,将螺丝进一步拧紧,由于两个平面光洁度和平行度都很高,很容易会真空吸附贴合在一起,再加上边缘螺丝拧紧,则两个面接触非常紧密,可以保证最简洁的方式实现热量的有效传递。
该可拆卸部分具体方法还可以为:
将加热部件11的上表面研磨抛光到粗糙度0.1um,平面度0.003mm;晶圆承载件3第二表面抛光至粗糙度0.1um,平面度0.003mm;
将晶圆承载件第二表面放置在加热部件上,预紧周围的螺丝,将组装好的加热器放入真空箱中,抽真空到-100大气压,取出后,将螺丝进一步拧紧,由于两个平面光洁度和平行度都很高,很容易会真空吸附贴合在一起,再加上边缘螺丝拧紧,则两个面接触非常紧密,可以保证最简洁的方式实现热量的有效传递。
根据本申请的一种加热器,包括:加热部件11、陶瓷管2、晶圆承载件3。
加热部件11设置于陶瓷管2顶端,其连接方式可以是使陶瓷管2通过热压使其上端固定于加热部件1底部,晶圆承载件3设置于加热部件1上,且可以拆卸。
加热部件1包括顶针孔10。
顶针孔10为加工孔位,其位于加热部件1上。
通过事先将加热丝或者片埋入陶瓷粉体中,然后进行热压后制成加热器1。
其中,加热部件11包括加热器引出电极111。
将加热部件11连接通过焊接金属电极杆引出与电源相接的部分即为加热器引出电极111。
加热部件1引出电极111由陶瓷管2内部穿过,从而防止高温、气体腐蚀等外界环境因素导致其受损。
加热部件11设置于陶瓷管2顶端,其连接方式可以是使陶瓷管2通过热压使其上端固定于加热部件1底部,晶圆承载件3设置于加热部件1上,且可以拆卸。
晶圆承载件3为陶瓷圆盘凹槽盖板,将晶圆承载件3通过热压后经过机械精密加工出如图1特定形状,其包括:晶圆放置槽31。
满足能够在晶圆承载件3设置晶圆放置槽31且晶圆承载件3可以盖住加热部件1则属于本发明的公开范围。
晶圆放置槽31为陶瓷圆盘形凹槽,其设置于晶圆承载件3上,目的为承载待加工晶圆,设置方式可以是机械方式加工晶圆承载件3的上表面从而形成直径比上述晶圆直径大的圆形凹槽。
可以通过干压成型后加工成表面具有凹槽特征的生坯,经过在惰性气氛中烧结后,再进一步经过少量精密加工得到晶圆承载件3。
以上种种方式且不局限于上述方式均可实现在晶圆承载件3上设置晶圆放置槽31的目的,晶圆放置槽31的主要目的是为了将上述晶圆固定于晶圆承载件3上。
本实施例使用可拆卸式固定装置A将晶圆承载件3设置于加热部件1的上部,实现了晶圆承载件3可更换的目的。
实施例2
图2为本发明的为气隙面连接方式的截面图,图3为加热器上表面俯视图。
如图所示图2所示,气隙面12、管壁内的贯通气孔21、气隙面凸台121,陶瓷管2、晶圆承载件3。
加热部件11设置于陶瓷管2顶端,其连接方式可以是使陶瓷管2通过热压使其上端固定于加热部件1底部,晶圆承载件3设置于加热部件1上,且可以拆卸。
晶圆放置槽31的俯视正投影没有超出加热部件1形状外的部分即可。
顶针孔10为加工孔位,位于加热部件11上。
通过事先将加热丝或者片埋入陶瓷粉体中,然后进行热压后制成加热器1。
其中,加热部件11包括加热器引出电极111。
将加热部件11连接通过焊接金属电极杆引出与电源相接的部分即为加热器引出电极111。
加热器引出电极111由陶瓷管2内部穿过,从而防止高温、气体腐蚀等外界环境因素导致其受损。
陶瓷管2为陶瓷材质管状结构,其包括陶瓷管壁内的贯通气孔21。
陶瓷管壁内的贯通气孔21为从陶瓷管底部贯通到陶瓷管表面的直线贯通气孔,与从加热部件1第二表面加工出与加热部件1第一表面相通的气孔22相通,起到流通气体的作用,气孔直径尺寸为1~4mm,比如可以为管壁内的贯通气孔和加热部件贯通气孔都是1-4mm,或者可以管壁内的贯通气孔直径是3mm,加热部件贯通气孔直径是1mm,或者管壁内的贯通气孔直径是4mm等不同的组合,优选的,加热部件1上的贯通气孔直径小于管壁内的贯通气孔直径。
晶圆承载件3为陶瓷圆盘凹槽盖板,将晶圆承载件3通过热压烧结后精密机械加工出如图2的特定形状,其包括:晶圆放置槽31。
满足能够在晶圆承载件3设置晶圆放置槽31且晶圆承载件3可以盖住加热部件11则属于本发明的公开范围。
晶圆放置槽31为陶瓷圆盘形凹槽,其设置于晶圆承载件3上,目的为承载待加工晶圆,设置方式可以是机械方式加工晶圆承载件3的上表面从而形成直径比上述晶圆直径大的圆形凹槽。
可以在干压制作晶圆承载件3的配料,将配料加工出表面的凹槽形状,通过在惰性气氛中无压烧结形成,形成直径比上述晶圆直径大的圆形凹槽,再经过精密加工出符合尺寸精度要求的凹槽。
以上种种方式且不局限于上述方式均可实现在晶圆承载件3上设置晶圆放置槽31的目的,晶圆放置槽31的主要目的是为了将上述晶圆固定于晶圆承载件3上。
如图3所示,气隙面凸台121为直径在φ0.1mm-φ5mm之间、高度在5mm-40mm之间的陶瓷凸台,通过机械方式加工于加热部件11的上表面。
凸台的加工方法也可以为喷砂加工方式,相比机械加工,喷砂加工方式可以一次性同时加工好几十,几百甚至几千,几万个各种不同形状,不同大小的凸台或者其他特征的图形,大大提高了加工效率,且喷砂制备的凸台,不会在凸台边缘形成直角边,不用去毛边,大大降低了在使用过程中颗粒的产生。
下面说明喷砂加工凸台的方法。
喷砂,在距离加热器表面100mm~150mm的距离喷砂,喷砂粒径为#400~#2000之间,凸台以外的区域无掩膜覆盖,通过喷砂可以将该区域去除,再根据凸台的高低,可以选用粒径不同的砂材来喷射,喷射的轨迹为来回反复,相邻轨迹之间间距根据喷砂头的大小调节,正常为喷砂头大小的0.5~0.8倍之间.喷砂速度为100~600mm/s,通过控制喷砂的次数可以控制凸台的高度,凸台的高度控制在5~50um之间,最终形成凸台直径为0.1mm~5mm。
喷砂掩膜为聚碳酸酯薄膜,通过菲林曝光显影保留所要遮蔽的图案。在喷砂结束后,直接通过水洗即可冲掉掩膜,即可露出凸台。
具体实施如:在距离加热器表面150mm的距离喷砂,喷砂粒径为#400,凸台以外的区域无掩膜覆盖,通过喷砂可以将该区域去除,再根据凸台的高低,可以选用粒径不同的砂材来喷射,喷射的轨迹为来回反复,喷砂头为直径8mm,相邻轨迹之间间距为4mm,喷砂速度为100mm/s,喷砂往复40次数可以得到凸台的高度控制在10um,最终形成凸台直径为5mm。
如:在距离加热器表面120mm的距离喷砂,喷砂粒径为#600,凸台以外的区域无掩膜覆盖,通过喷砂可以将该区域去除,再着根据凸台的高低,可以选用粒径不同的砂材来喷射,喷射的轨迹为来回反复,喷砂头为直径8mm,相邻轨迹之间间距为5mm,喷砂速度为400mm/s,喷砂往复600次数可以得到凸台的高度控制在50um,最终形成凸台直径为3mm。
如:在距离加热器表面100mm的距离喷砂,喷砂粒径为#2000,凸台以外的区域无掩膜覆盖,通过喷砂可以将该区域去除,再根据凸台的高低,可以选用粒径不同的砂材来喷射,喷射的轨迹为来回反复,喷砂头为直径8mm,相邻轨迹之间间距为6.4mm,喷砂速度为600mm/s,喷砂往复120次数可以得到凸台的高度控制在5um,最终形成凸台直径为0.1mm。
气隙面12为惰性气体所形成的气体导热层,由管壁内的贯通气孔21通入氦气形成于晶圆承载件3与加热部件11之间,从而使导热更快速均匀。
通入的气体还可以为氦气、氩气、氮气等惰性气体。
使用可拆卸式固定装置A连接晶圆承载件3与加热部件11,具有可拆卸功能。
本实施例进一步优化了其分体结构的热传导能力及发热均匀性,其特点继续保留了拆卸更换晶圆承载件3的便利性,适合在对温度的均匀性有一定的要求时应用。
实施例3
图4为金属焊接连接方式的截面图,图5为实现静电吸附功能金属焊接连接方式的截面图,图6为本发明第三实施例的一种金属焊接连接方式截面图。
如图所示,金属焊接层13、射频部件引出电极131。
根据本申请包括:加热部件11、陶瓷管2、晶圆承载件3。
加热部件11设置于陶瓷管2顶端,其连接方式可以是使陶瓷管2通过热压使其上端固定于加热部件1底部,晶圆承载件3设置于加热部件1上,且可以拆卸。
加热部件1为陶瓷材料的圆盘,其包括顶针孔10。
以上可选方案中晶圆放置槽31的俯视正投影没有超出加热部件11形状外的部分即可。
顶针孔10为加工孔位,其位于加热部件11上。
通过事先将加热丝或者片埋入陶瓷粉体中,然后进行热压后制成加热器1。
其中,加热部件11包括加热器引出电极111。
将预埋的加热部件11连接通过焊接金属电极杆引出与电源相接的部分即为加热器引出电极111。
加热器引出电极111由陶瓷管2内部穿过,从而防止高温、气体腐蚀等外界环境因素导致其受损。
晶圆承载件3为陶瓷圆盘凹槽盖板,将晶圆承载件3通过热压加工出如图3特定形状,其包括:晶圆放置槽31。
以上可选方案需要满足能够在晶圆承载件3设置晶圆放置槽31且晶圆承载件3可以盖住加热部件1则属于本发明的公开范围。
晶圆放置槽31为陶瓷圆盘形凹槽,其设置于晶圆承载件3上,目的为承载待加工晶圆,设置方式可以是机械方式加工晶圆承载件3的上表面从而形成直径比上述晶圆直径大的圆形凹槽。
可以在热压制作晶圆承载件3时直接选用可以在其上表面压制出凹槽的模具,形成直径比上述晶圆直径大的圆形凹槽。
或者,可以于晶圆承载件3上表面加工出凸状环,凸状环内径需大于上述晶圆直径。
以上种种方式且不局限于上述方式均可实现在晶圆承载件3上设置晶圆放置槽31的目的,晶圆放置槽31的主要目的是为了将上述晶圆固定于晶圆承载件3上。
如图2所示,金属焊接层13为起固定与导热作用的金属材料,将晶圆承载件3和加热部件1焊接在一起,亦可使用真空钎焊炉加热拆焊,更换晶圆承载件3。
可根据不同的使用温度考虑选择:银,镍,铝,锡等箔片为金属焊接材料。
下面说明金属导热层的焊接方法。
首先,将加热部件1上盘面磨平。其次,进行喷砂处理,使粗糙度达到Ra0.1um-Ra1.4um。之后,将金属箔片放置于晶圆承载件3和加热部件11之间。然后,根据不同金属箔片,将真空钎焊炉加热到对应金属的焊接温度,使金属箔片熔化。最后,冷却使晶圆承载件3和加热部件1焊接在一起。
另外,如图3所示,射频部件引出电极131为的金属引出电极,其连接于金属焊接层13并将其由陶瓷管2内部穿过,可实现静电吸附晶圆于晶圆放置槽31的功能。
上述实施方式中,射频部件引出电极131也可以用作等离子体接地电极。通过对射频部件引出电极131施加高频,还能够将射频部件引出电极131用作等离子体接地电极,都能够满足等离子体CVD设备中芯片成膜工艺的要求。
实施例4
如图4的截面图,当加热器系统使用温度小于200℃时,导热层可以为有机硅胶,晶圆承载件3可通过有机硅胶贴附到加热部件1上,并利用一定的方法可提高其结构的稳定性,起到传导热量的作用,利用溶胶剂可拆卸更换晶圆承载件3。
下面说明提升硅胶结构稳定度的方法。
首先,准备硅胶与微球形陶瓷珠。其次,在硅胶中混入均匀粒径的微球形陶瓷珠,混入比例为与有机硅胶体积比1%~10%。之后,将上述硅胶均匀的涂覆在需要连接或增强导热的界面间,界面层厚度为20um~120um。然后,通过配重加压,将界面层压实。再然后,放入烘箱内,在120℃下,烘干2h,由于微球形陶瓷珠的存在使胶水软化后不会引起不均匀塌陷。因为有固定微粒的支撑,可以很好的起到控制胶层厚度的作用,保证硅胶涂覆的均匀性。
例如,可以在硅胶中混入均匀粒径的微球形陶瓷珠,混入比例为与有机硅胶体积比1%。之后,将上述硅胶均匀的涂覆在需要连接或增强导热的界面间,界面层厚度为20um。然后,通过配重加压,将界面层压实。再然后,放入烘箱内,在120℃下,烘干2h。
可以在硅胶中混入均匀粒径的微球形陶瓷珠,混入比例为与有机硅胶体积比5%。之后,将上述硅胶均匀的涂覆在需要连接或增强导热的界面间,界面层厚度为70um。然后,通过配重加压,将界面层压实。再然后,放入烘箱内,在120℃下,烘干2h。
可以在硅胶中混入均匀粒径的微球形陶瓷珠,混入比例为与有机硅胶体积比10%。之后,将上述硅胶均匀的涂覆在需要连接或增强导热的界面间,界面层厚度为120um。然后,通过配重加压,将界面层压实。再然后,放入烘箱内,在120℃下,烘干2h。
或者,可以将硅胶中混入的微球形陶瓷珠替换为相应的玻璃微珠。
另外,如图4所示,当导热层为金属导热层或有机硅胶层时,也可以用印刷或涂覆的方法来实现。如图所示,将金属浆料通过丝网印刷或涂覆于加热部件1上的中心区域形成金属焊接层13或有机硅胶层。
如图6所示,当印刷或涂覆材料为金属材料时,需要于加热部件11上的周边区域印刷或涂覆无机浆料,以形成绝缘层14。通过绝缘层14能够有效防止向金属焊接层13通高压电或者接地时,对腔室内等离子沉积离子的影响。需要强调的是,该绝缘层14在使用温度下的体积电阻率需大于1E8Ω·cm。
本发明在金属焊接的方式下还增加了附加功能,当在使用温度下晶圆承载件体积电阻率控制在1E8Ω·cm~1E12Ω·cm时,对金属层施加高压,则会对晶圆产生静电吸附功能,适合在对晶圆表面沉降薄膜质量要求较高的时候应用。
如上所述,按照本发明,在现有技术需要更换加热器整体才能匹配不同大小的晶圆的方式,无形中增加高昂的成本。本发明的发明人注意到了这个现象,并着意改变而降低成本。因此,本发明人在原有加热器的基础上将加热器上表面单独设置晶圆承载件3,并采用多种方式与加热部件1相连接,从而实现只要更换加工有不同大小晶圆放置槽31的晶圆承载件3即可匹配不同大小晶圆的目的,大幅降低成本。
另外,如上所述的实施例二、实施例三和实施例四中,晶圆承载件3与加热部件1之间的导热材料可以是惰性气体、焊接金属或有机硅胶等导热材料,但是,这都不是必须的。按照本发明,可根据具体情况,如使用其他导热材料,只要能具有导热效果即可,即,只要晶圆承载件3设置在加热部件1上且可以拆卸更换就可达到本发明的发明目的。如此,可以变换出无数的连接方式及导热材料,但这些连接方式或材料只要实现了可以拆卸的功能,即应该包含在本发明的范围中。
最后应说明的是:显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种适用于不同尺寸晶圆的加热器的更换结构,其特征在于,所述加热器为分体结构,所述分体结构包括固定结构和可更换结构,所述固定结构为加热部件,所述可更换结构为晶圆承载件,根据不同尺寸的晶圆,更换所述晶圆承载件,在所述加热部件和所述晶圆承载件之间设置金属层、气隙面或者有机硅胶层。
2.根据权利要求1所述的结构,其特征在于,射频部件引出电极为金属引出电极,所述引出电极连接于所述金属层并由陶瓷管内部穿过,陶瓷层的使用温度范围内体积电阻率控制在1E8Ω·cm-1E12Ω·cm,实现静电吸附晶圆。
3.根据权利要求2所述的结构,其特征在于,射频部件引出电极用作接地电极。
4.根据权利要求2所述的结构,其特征在于,所述加热部件的上表面设置有金属浆料。
5.根据权利要求4所述的结构,其特征在于,在所述加热部件第一表面中心区域印刷或涂覆有所述的金属层,在所述加热部件第一表面的周边区域印刷或涂覆有无机浆料。
6.根据权利要求1所述的结构,其特征在于,所述加热器设置有陶瓷管壁内贯通气孔,所述陶瓷管壁内贯通气孔与所述加热部件贯通气孔相通,在所述加热部件的上表面加工有气隙面凸台。
7.根据权利要求6所述的结构,其特征在于,所述气隙面凸台为直径在φ0.1mm-φ5mm之间、高度在5μm-40μm之间的陶瓷凸台。
8.根据权利要求6所述的结构,其特征在于,所述气隙面为惰性气体所形成的气体导热层,由所述贯通气孔通入氦气、氩气或者氮气填充在所述晶圆承载件与所述加热部件之间,从而使导热更快速均匀。
9.根据权利要求1所述的结构,其特征在于,当所述加热器系统使用温度小于200℃时,所述晶圆承载件通过有机硅胶贴附到加热部件上,利用溶胶剂可拆卸更换晶圆承载件。
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