TWI701756B - 承載裝置及半導體加工設備 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種承載裝置及半導體加工設備。該承載裝置包括加熱盤和冷卻盤，加熱盤和冷卻盤間隔設置，且在加熱盤和冷卻盤之間形成有隔熱區域。本發明承載裝置，其不僅可以避免因溫度過高而停止製程，而且可以在整個製程過程中維持溫度均一穩定，從而可以為待加工工件提供合格穩定的製程溫度，最終可獲得更佳的製程結果。

Description

承載裝置及半導體加工設備
本發明涉及半導體加工領域，更具體地，涉及一種承載裝置及半導體加工設備。
隨著半導體行業的不斷發展，半導體製程變得越來越多樣化。 無論是哪種製程，溫度都是極其重要的一環，其直接影響到裝置成本和產能。
通常，在加工半導體的過程中，需要將晶片放置到半導體加工設備的承載裝置上，並利用承載裝置的加熱功能將晶片加熱至製程溫度，並在製程過程中維持該製程溫度。
在實際操作中，受製程氣體及工藝製程的影響，較難實現承載裝置的溫度的有效控制。例如，在物理氣相沉積(PVD)製程中，通過濺鍍(Sputtering)沉積技術將靶材上的離子沉積到晶片上。由於自靶材濺鍍出的金屬離子溫度過高，導致沉積在晶片上的金屬離子的熱量會通過晶片傳遞到承載裝置，使得承載裝置的溫度升高。為此，在製程進行了一段時間之後必須停止製程，以對承載裝置進行降溫。這種停止製程降溫的操作極大的影響了生產成本和裝置的產能。
本發明旨在至少解決現有技術中存在的問題之一，提出了一種承載裝置及半導體加工設備，其不僅可以避免因溫度過高而停止製程，而且可以在整個製程過程中維持溫度均一穩定，從而可以為待加工工件提供合格穩定的製程溫度，最終可獲得更佳的製程結果。
為實現本發明的目的而提供一種承載裝置，包括加熱盤和冷卻盤，該加熱盤和該冷卻盤間隔設置，且在該加熱盤和該冷卻盤之間形成有隔熱區域。
可選的，該隔熱區域為封閉空間；通過調節該隔離區域中的氣體壓力強度，來調節傳熱速度。
可選的，該隔熱區域與非大氣環境連通；或者，該隔熱區域與大氣環境連通。
可選的，還包括隔熱結構，該隔熱結構設置在該加熱盤和該冷卻盤之間，以將該隔熱區域分隔為至少一隔熱區和至少一傳熱區。
可選的，該傳熱區域與大氣環境連通；該隔熱區域與非大氣環境連通。
可選的，該隔熱區的氣體壓力強度小於該傳熱區的氣體壓力強度。
可選的，該傳熱區在該加熱盤上的正投影面積和該隔熱區在該加熱盤上的正投影面積的比值範圍為0.01-10。
可選的，該隔離結構包括環體，該環體內側的空間用作該傳熱區與大氣環境連通；該環體外側的空間用作該隔熱區與非大氣環境連通；或者， 該隔熱結構包括內徑不同，且互為同心環的複數環體，複數該環體將該隔熱區域分隔為複數子空間，任一該子空間用作該隔熱區或者傳熱區。
可選的，該隔離結構採用隔熱材料製成，該隔離結構的導熱係數小於16W/m．K。
可選的，該加熱盤與該隔離結構的接觸面積不超過該加熱盤在該冷卻盤上正投影的面積的5%。
可選的，在該冷卻盤的與該隔熱區相對的表面上設置有第一凸起；和/或 在該加熱盤的與該隔熱區相對的表面上設置有第二凸起。
可選的，在該冷卻盤上設有大氣通道，該傳熱區通過該大氣通道與大氣環境連通。
可選的，該隔熱區域的縱向高度小於等於1mm。
可選的，該冷卻盤內還設有散熱片。
作為另一技術方案，本發明還提供一種半導體加工設備，包括腔室和本發明提供的上述承載裝置，該承載裝置安裝在該腔室內。
本發明具有以下有益效果： 本發明提供的承載裝置，其通過使加熱盤和冷卻盤間隔設置，可實現加熱盤與冷卻盤的分離，且通過在加熱盤和冷卻盤之間形成有隔熱區域，冷卻盤能夠通過該隔熱區域將製程過程中加熱盤中的多餘熱量帶走，從而可以避免因加熱盤溫度過高而停止製程，進而可以降低生產成本，提高裝置的產能；同時，由於加熱盤和冷卻盤間隔設置，這可以避免加熱盤與冷卻盤之間產生大量的熱 量傳遞，從而可以在整個製程過程中維持溫度均一穩定，進而可以為待加工工件提供合格穩定的製程溫度，最終可獲得更佳的製程結果。
本發明提供的半導體加工設備，其通過採用上述承載裝置，不僅可以避免因溫度過高而停止製程，而且可以在整個製程過程中維持溫度均一穩定，從而可以為待加工工件提供合格穩定的製程溫度，最終可獲得更佳的製程結果。
通過以下參照附圖對本發明的示例性實施例的詳細描述，本發明的其他特徵及其優點將會變得清楚。
1:承載裝置
2:製程腔室
11:加熱盤
12:隔離件
13:冷卻盤
14:隔熱區
15:傳熱區
16:連接件
111:加熱元件
121、122:環體
131:第一凸起
132:散熱片
133:大氣通道
134:冷卻管道
被結合在說明書中並構成說明書的一部分的附圖示出了本發明的實施例，並且連同其說明一起用於解釋本發明的原理。
第1圖為本發明一實施例中承載裝置的剖示圖。
第2A圖為本發明一實施例採用的隔離結構的一種俯視圖。
第2B圖為本發明一實施例採用的隔離結構的另一種俯視圖。
第3圖為本發明另一實施例中承載裝置的冷卻盤和隔離件的俯視圖。
第4圖為第2圖沿A-A向的剖示圖。
第5圖為本發明半導體加工設備實施例的剖示圖。
下面參照附圖詳細描述本發明的各種示例性實施例。應注意到：除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對佈置、數字運算式和數值不限制本發明的範圍。
以下對至少一示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發明及其應用或使用的任何限制。
對於相關領域普通技術人員已知的技術、方法和裝置可能不作詳細討論，但在適當情況下，該技術、方法和裝置應當被視為說明書的一部分。
在這裏示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其他例子可以具有不同的值。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步討論。
作為本發明的一方面，本發明提供了一種承載裝置，其設置在腔室中，用於承載被加工工件，並對其進行加熱。承載裝置包括加熱盤和冷卻盤，加熱盤和冷卻盤間隔設置，且在二者之間形成有隔熱區域。
雖然加熱盤和冷卻盤間隔設置，但是隔熱區域仍然具有一定的導熱性，冷卻盤能夠通過隔熱區域將製程過程中加熱盤中的多餘熱量帶走，從而可以避免因加熱盤溫度過高而停止製程，進而可以降低生產成本，提高裝置的產能；同時，由於加熱盤和冷卻盤間隔設置，這可以避免加熱盤與冷卻盤之間產生大量的熱量傳遞，從而可以在整個製程過程中維持溫度均一穩 定，進而可以為待加工工件提供合格穩定的製程溫度，最終可獲得更佳的製程結果。
在實際應用中，可以採用任意方式實現加熱盤和冷卻盤間隔設置。另外，為了避免腔室內部通過隔熱區域與腔室外部的大氣環境連通，可以採用相應的隔離部件將腔室內部或者隔熱區域與外部的大氣環境隔離。
在實際應用中，上述隔熱區域可以為封閉空間，例如隔熱區域是一相對於腔室內部和腔室外部獨立的空間，其同樣可以起到傳遞熱量的作用。在這種情況下，可以通過調節隔離區域中的氣體壓力強度，來調節傳熱速度。具體地，隔熱區域中的氣體壓力強度越大，則傳熱速度越小；反之，隔熱區域中的氣體壓力強度越小，則傳熱速度越大。
或者，隔熱區域也可以與非大氣環境連通，例如與腔室內部連通；或者，隔熱區域還可以與大氣環境連通。顯然，隔熱區域與非大氣環境連通傳遞的熱量少於與大氣環境連通傳遞的熱量，在實際應用中，可以根據實際需要而選擇隔熱區域與大氣環境或者非大氣環境連通。
下面對本發明提供的承載裝置的具體實施方式進行詳細描述。具體地，如第1圖所示，承載裝置1包括加熱盤11和冷卻盤13，二者間隔設置，且在加熱盤11和冷卻盤13之間形成有隔熱區域。其中，加熱盤11上可直接承載待加工工件，也可承載託盤，待加工工件可放置在該託盤上。上述待加工工件通常為晶片或晶圓。另外，加熱盤11內設有用於加熱的加熱元件111，以對加熱盤11上的待加工工件進行加熱。加熱元件111可為諸如加熱絲等的任意可產生熱量的加熱元件。
在本實施例中，承載裝置1還包括隔離結構12，其設置在加熱盤11和冷卻盤13之間，以將隔熱區域分隔為至少一隔熱區14和至少一傳熱區15。並且，隔熱區14傳遞的熱量少於傳熱區15傳遞的熱量。
由於傳熱區15能夠傳遞較多的熱量，其能夠在製程過程中加熱盤11中的多餘熱量帶走，從而避免因加熱盤溫度過高而停止製程，進而可以降低成本，提高裝置的產能。同時，由於隔熱區14相對於傳熱區15傳遞的熱量較少，從而可以進一步避免加熱盤11與冷卻盤13之間產生大量的熱量傳遞，從而可以在整個製程過程中維持溫度均一穩定，進而可以為待加工工件提供合格穩定的製程溫度，最終可獲得更佳的製程結果。
另外，隔離結構12還能夠將腔室內部與外部的大氣環境隔離，保證腔室的真空度。
可選地，隔熱區14與非大氣環境相連通。該非大氣環境可例如為承載裝置1所處的製程腔室的環境，或者是人為設置真空度的環境。傳熱區15與大氣環境相連通。隔熱區14與非大氣環境相連通，傳熱區15與大氣環境相連通傳熱效果好，易於實現，成本低。
進一步可選的，在冷卻盤13上設有大氣通道133，傳熱區15通過大氣通道133與大氣環境連通。傳熱區15通過大氣通道133與大氣環境相連通的傳熱效果好，易於實現，成本低。
在實際應用中，可通過控制隔熱區14和傳熱區15內的氣體壓力強度來控制隔熱區14和傳熱區15的傳熱速率，使得兩者之間具有傳熱差異。 可選地，隔熱區14的氣體壓力強度小於傳熱區15的氣體壓力強度，從而使得傳熱區15的傳熱速率大於隔熱區14的傳熱速率。較佳地，可將隔熱區14的氣 體壓力強度控制為遠小於標準大氣壓，將傳熱區15的氣體壓力強度控制為標準大氣壓。
隔熱區14的氣體壓力強度與傳熱區15的氣體壓力強度之間的差異可通過多種方式實現。例如，可設置二分別與隔熱區14和傳熱區15相連通的泵，上述泵可為真空泵或空氣泵等。通過真空泵的抽氣或空氣泵的吹氣可控制實現隔熱區14的氣體壓力強度和傳熱區15的氣體壓力強度的不同。又例如，可將隔熱區14設置為與承載裝置1所處的腔室相連通，將傳熱區15設置為與大氣環境相連通。這樣，承載裝置1工作時隔熱區14具有與腔室相同的真空度，傳熱區15內的氣體壓力強度等於大氣環境的壓力強度。
可選地，傳熱區15在加熱盤11上的正投影面積和隔熱區14在加熱盤11上的正投影面積的比值範圍為0.01-10，較佳的，該比值範圍為0.01-1。 也即，當傳熱區15在加熱盤11上的正投影面積為a，隔熱區14在加熱盤11上的正投影面積為b時，a與b的比值範圍為0.01-10。傳熱區15在加熱盤11上的正投影面積和隔熱區14在加熱盤11上的正投影面積的比值的範圍選擇，可有利於合理地控制自加熱盤11傳遞出去的熱量，避免加熱盤11的熱量過快過多地帶走。可根據具體的加熱盤11加熱溫度需求，在0.01-10的範圍內選擇合適的傳熱區15在加熱盤11上的正投影面積和隔熱區14在加熱盤11上的正投影面積的比值。
在本實施例中，加熱盤11、隔離結構12和冷卻盤13自上而下依次設置。隔離結構12可用於支撐加熱盤11，以使其位於冷卻盤13的上方，從而在加熱盤11和冷卻盤13之間形成間隔。其中，隔離結構12可具有多種設計， 只要實現可將加熱盤11和冷卻盤13之間的區域分隔為至少一隔熱區14和至少一傳熱區15即可。
對於隔離結構12的結構，也可根據實際需求靈活選擇。例如，隔離結構12可包括環體，環體結構易於實施，成本較低。具體實施時，環體可為O圈。
該環體可以為完整的環體，或者也可以由複數塊狀結構組成。 具體地，如第2A圖所示，隔離結構12可以為一完整的環體121，其內側的空間用作傳熱區15與大氣環境連通；環體外側的空間用作隔熱區14與非大氣環境連通。或者，如第2B圖所示，隔離結構12也可以為內徑不同，且互為同心環的二環體(121，122)，二環體(121，122)將隔熱區域分隔為複數子空間，任一子空間用作隔熱區14或者傳熱區15，例如中心的子空間用作傳熱區15，其餘子空間均用作隔熱區14。通過選擇不同數量的隔熱區14和/或傳熱區15，可控制加熱盤11和冷卻盤13之間分隔出的空間的傳熱效率。
又或者，隔離結構12還可以為具有中空腔的結構。
另外，對於隔離結構12的材質也可根據實際需求靈活選擇。例如，隔離結構12由陶瓷材料製成。或者，隔離結構12由金屬材料製成。
可選地，上述隔熱區域的縱向高度小於等於1mm。縱向高度是指隔熱區域在垂直於加熱盤11和冷卻盤13兩者相對表面的方向上的高度。隔熱區域的縱向高度的選擇有利於合理地控制加熱盤11與冷卻盤13之間熱量交換，避免加熱盤11的熱量過快、過多地被冷卻盤13帶走。本領域技術人員可根據具體的加熱盤11加熱溫度需求，在不大於1mm的範圍內選擇合適的隔熱區域的縱向高度。
可選地，隔離結構12採用隔熱材料製成，隔離結構12的導熱係數小於16W/m．K。選擇合適導熱係數的隔離結構12有利於減小隔離結構12對加熱盤11的多餘熱量散失的影響。可根據具體的加熱盤11的加熱溫度需求，選擇由具有合適的導熱係數材料製成的隔離結構12。
可選地，加熱盤11與隔離結構12的接觸面積不超過加熱盤11在冷卻盤13上正投影的面積的5%。也即，當加熱盤11與隔離結構12相接觸的部分的面積為e，加熱盤11在冷卻盤13上的正投影的面積為f時，e小於或等於f的5%。這種設置更有利於減小加熱盤11、隔離結構12以及冷卻盤13三者之間的接觸面積，從而減少通過三者接觸對加熱盤11的熱量散失的影響。可根據具體的加熱盤11的加熱溫度需求，在不超過5%的範圍內選擇合適的加熱盤11與隔離結構12的接觸面積和加熱盤11與冷卻盤13相對的表面積之間的比值，例如，可選為3%。
可選地，在冷卻盤13的與隔熱區14相對的表面上設置有第一凸起；和/或在加熱盤11的與隔熱區14相對的表面上設置有第二凸起。通過在冷卻盤13上設置第一凸起，和/或在加熱盤11上設置第二凸起，可調節隔熱區14空間的大小，從而進一步調節隔熱區14的傳熱速率。可根據實際需求選擇僅在冷卻盤13上設置第一凸起，或者僅在加熱盤11上設置有第二凸起，或者在冷卻盤13上設置第一凸起的同時，在加熱盤11上設置第二凸起。
例如，如第3圖和第4圖所示，在冷卻盤13的與隔熱區14相對的表面上設置有第一凸起131。根據實際需求，第一凸起131在冷卻盤13的表面上可構成不同的圖形或圖案。通過更換具有不同的高度和/或大小的第一凸起 131的冷卻盤，可改變隔熱區14空間的大小，從而進一步調節隔熱區14的傳熱速率。
可選地，冷卻盤13內還可設有散熱片132。散熱片132可進一步提高冷卻盤13的散熱效率。散熱片132的材質可為鋁或石墨等。
可選地，承載裝置1還包括連接件16。該連接件16可被設置為用於固定連接加熱盤11和冷卻盤13，從而將加熱盤11和冷卻盤13更可靠地固定在一起。連接件16可設置在加熱盤11和冷卻盤13的邊緣區域。連接件16為可為空心螺栓或銷等。
本發明另一實施例提供了一種半導體加工設備。如第5圖所示，該半導體加工設備包括腔室2和本發明的所提供的承載裝置1，該承載裝置1安裝在腔室2內。
本發明的半導體加工設備，其通過採用上述承載裝置1，不僅可以避免因溫度過高而停止製程，而且可以在整個製程過程中維持溫度均一穩定，從而可以為待加工工件提供合格穩定的製程溫度，最終可獲得更佳的製程結果。
可選地，製程腔室2為真空腔。並且，承載裝置1包括加熱盤11和冷卻盤13，二者間隔設置，且在加熱盤11和冷卻盤13之間形成有隔熱區域。 同時，承載裝置1還包括隔離結構12，其設置在加熱盤11和冷卻盤13之間，以將隔熱區域分隔為至少一隔熱區14和至少一傳熱區15。並且，隔熱區14傳遞的熱量少於傳熱區15傳遞的熱量。
在這種情況下，可選的，隔熱區14與腔室2連通，也即是，隔熱區14的真空度與腔室2的真空度相同。傳熱區15與腔室2的外界環境連通。 腔室2的外界環境通常為大氣環境。傳熱區15可通過連接管等結構與腔室2的外界環境連通。
加熱盤11內可設有用於加熱的加熱元件111。加熱元件111具體地可為加熱絲。冷卻盤13內設有冷卻管道134，冷卻管道134被設置用於冷卻介質的流動。通常，可在半導體加工設備內設置與冷卻管道134相連通的冷卻管，以將冷卻介質輸入和輸出冷卻管道134。上述冷卻介質可例如為冷卻水等。
該半導體加工設備可為磁控濺鍍沉積裝置。
常見的磁控濺鍍沉積裝置內設置有靶材。濺鍍製程時DC電源(直流電源)會施加偏壓至靶材，使其相對於接地的製程腔室2成為負壓，在真空的環境下氬氣放電而產生電漿，負偏壓同時能將帶正電的氬離子吸引至靶材。當氬離子的能量足夠高並在磁控管形成的磁場作用下轟擊靶材時，會使金屬原子逸出靶材表面，並通過擴散沉積在承載裝置1的待加工工件上。
雖然已經通過例子對本發明的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上例子僅是為了進行說明，而不是為了限制本發明的範圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本發明的範圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發明的範圍由所附申請專利範圍來限定。
1:承載裝置
11:加熱盤
12:隔離件
13:冷卻盤
14:隔熱區
15:傳熱區
16:連接件
111:加熱元件
132:散熱片
133:大氣通道
134:冷卻管道

Claims (10)

  1. 一種承載裝置，包括一加熱盤和一冷卻盤，其特徵在於，該加熱盤和該冷卻盤間隔設置，且在該加熱盤和該冷卻盤之間形成有一隔熱區域，其中，還包括一隔熱結構，該隔熱結構設置在該加熱盤和該冷卻盤之間，以將該隔熱區域分隔為至少一隔熱區和至少一傳熱區，並且，該傳熱區與大氣環境連通，該隔熱區與非大氣環境連通；通過控制該隔熱區和該傳熱區內的氣體壓力強度來控制該隔熱區和該傳熱區的傳熱速率；該隔熱區的氣體壓力強度小於該傳熱區的氣體壓力強度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之承載裝置，其中，該傳熱區在該加熱盤上的正投影面積和該隔熱區在該加熱盤上的正投影面積的比值範圍為0.01-10。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之承載裝置，其中，該隔離結構包括一環體，該環體內側的空間用作該傳熱區與大氣環境連通；該環體外側的空間用作該隔熱區與非大氣環境連通；或者，該隔熱結構包括內徑不同，且互為同心環的複數環體，複數該環體將該隔熱區域分隔為複數子空間，任一該子空間用作該隔熱區或者傳熱區。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之承載裝置，其中，該隔離結構採用隔熱材料製成，該隔離結構的導熱係數小於16W/m．K。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之承載裝置，其中，該加熱盤與該隔離結構的接觸面積不超過該加熱盤在該冷卻盤上正投影的面積的5%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之承載裝置，其中，在該冷卻盤的與該隔熱區相對的表面上設置有第一凸起；和/或 在該加熱盤的與該隔熱區相對的表面上設置有第二凸起。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之承載裝置，其中，在該冷卻盤上設有一大氣通道，該傳熱區通過該大氣通道與大氣環境連通。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之承載裝置，其中，該隔熱區域的縱向高度小於等於1mm。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之承載裝置，其中，該冷卻盤內還設有散熱片。
  10. 一種半導體加工設備，其特徵在於，包括一腔室和申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之承載裝置，該承載裝置安裝在該腔室內。
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