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CN111607785A - 一种加热装置及半导体加工设备 - Google Patents

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CN111607785A
CN111607785A CN202010454487.6A CN202010454487A CN111607785A CN 111607785 A CN111607785 A CN 111607785A CN 202010454487 A CN202010454487 A CN 202010454487A CN 111607785 A CN111607785 A CN 111607785A
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heating
air
air passage
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cooling
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CN202010454487.6A
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田西强
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Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Original Assignee
Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
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Abstract

本发明公开一种加热装置及半导体加工设备，所公开的加热装置用于在半导体加工设备中承载并加热待加工工件，加热装置包括基部、加热本体、冷却机构和气道板，其中：气道板与加热本体之间形成第一气道，加热本体开设有第二气道，且第二气道的出口位于加热本体的加热面的边沿区域，第二气道与第一气道连通；基部设置于气道板背离加热本体的一侧，且基部与气道板形成安装空间，冷却机构设置于安装空间，冷却机构与气道板的外缘区域导热相连。上述方案能够解决晶圆的成膜均匀性较差的问题。

Description

一种加热装置及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种加热装置及半导体加工设备。
背景技术
CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)工艺是利用加热或等离子体等各种能源，通过化学反应的方式，在反应器内使实验物质之间发生化学反应或与相应的气体发生化学反应生成另一种气态化合物的技术，然后经过物理载带或者化学迁移的方式，这种气态产物会被输送到与反应物质源区温度不同的相应区域进行沉积从而形成固态沉积物。
在晶圆10进行CVD工艺加工的过程中，晶圆10通常放置在如图1所示的加热器20上，加热器20设有加热盘21，加热盘21的中间区域开设有真空吸孔，且真空吸孔与真空管路22连通，晶圆10能够通过真空吸孔吸附在加热盘21上，在加热盘21加热晶圆10的过程中，由于反应腔室中的气压通常大于真空管路22中的气压，因此晶圆10与加热盘21的边缘区域气压较大，而晶圆10与加热盘21的中间区域气压较小，导致晶圆10与加热盘21之间的导热气体在晶圆10边缘处的气压较大，在晶圆10中间区域的气压较小，所以在一定时间内晶圆存在边缘温度高，中间区域温度低的温度分布情形，导致晶圆10边缘的温度达到工艺温度时，晶圆10中间区域的温度还未达到工艺温度，而温度对晶圆10的成膜速率影响较大，从而导致同一晶圆10不同区域的成膜厚度不一，晶圆10边缘处的膜厚大于中间区域的膜厚，进而导致晶圆10的成膜均匀性较差。
发明内容
本发明公开一种加热装置及半导体加工设备，能够解决晶圆的成膜均匀性较差的问题。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
本发明实施例公开一种加热装置，用于在半导体加工设备中承载并加热待加工工件，所述加热装置包括基部、加热本体、冷却机构和气道板，其中：
所述气道板与所述加热本体之间形成第一气道，所述加热本体开设有第二气道，且所述第二气道的出口位于所述加热本体的加热面的边沿区域，所述第二气道与所述第一气道连通；
所述基部设置于所述气道板背离所述加热本体的一侧，且所述基部与所述气道板形成安装空间，所述冷却机构设置于所述安装空间，所述冷却机构与所述气道板的外缘区域导热相连。
本发明实施例还公开一种半导体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室中设置有上述的加热装置。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本发明实施例公开的加热装置和半导体加工设备中，第二气道的出口位于加热本体的加热面的边沿区域，以使第二气道能够对待加工工件的边缘进行吹气，吹出的气体能够带走待加工工件边缘的热量，同时，冷却机构与气道板的外缘区域导热相连，以使冷却机构通过气道板吸收加热本体边沿的热量，从而使得冷却机构能够冷却加热本体边沿，以使待加工工件与加热本体之间的导热气体能够均匀分布，防止待加工工件与加热本体之间的导热气体在待加工工件边缘处的气压较大，在待加工工件中间区域的气压较小。在待加工工件加热过程中，加热本体能够均匀加热待加工工件，以使待加工工件的边缘温度与中间区域温度尽可能地相同，防止待加工工件边缘的温度达到工艺温度时，待加工工件中间区域的温度还未达到工艺温度，从而使得待加工工件的温度分布较为均匀，避免同一待加工工件不同区域的成膜厚度不一，进而使得待加工工件的成膜均匀性较好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对实施例或背景技术中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种典型的加热器的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的加热装置的结构示意图；
图3为本发明实施例公开的冷却机构的结构示意图；
图4为本发明另一实施例公开的加热装置的结构示意图。
附图标记说明：
10-晶圆、20-加热器、21-加热盘、22-真空管路；
100-待加工工件；
200-基部；
300-加热本体、310-第二气道、320-冷却通道；
400-冷却机构、410-第三气道、420-吹气孔、430-冷却水道、440-加热部；
500-气道板；
600-第一气道、610-第一子气道、620-第二子气道；
700-导热部；
800-支撑件；
900-气源通道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请各个实施例公开的技术方案进行详细地说明。
请参考图2至图4，本发明实施例公开一种加热装置，所公开的加热装置用于在半导体加工设备中承载并加热待加工工件100，待加工工件100通常可以为晶圆。具体地，半导体加工设备通常包括反应腔室，该加热装置位于反应腔室中，在晶圆加工过程中，晶圆放置在该加热装置上，通过该加热装置加热晶圆，待晶圆的温度达到工艺温度时，进行晶圆的镀膜工艺，实现晶圆的加工。所公开的加热装置包括基部200、加热本体300、冷却机构400和气道板500。
其中，基部200为加热装置的基础构件，基部200能够为加热装置的其他部件提供安装基础。加热本体300中设置有加热管，该加热管能够产生热量并加热该加热本体300，以使加热本体300能够加热待加工工件100。冷却机构400在运行时能够吸收热量，起到冷却加热本体300的作用。气道板500上开设有多个气道，部分气道用于对待加工工件100的边缘进行吹气，防止待加工工件100出现背镀或侧镀的情况，提高待加工工件100的良品率，部分气道用于加热装置中形成负压，以使加热装置吸附待加工工件100。
气道板500与加热本体300之间形成第一气道600。具体地，可以在气道板500朝向加热本体300的一侧表面开设沟槽，在气道板500与加热本体300相连后能够形成第一气道600，也可以在加热本体300朝向气道板500的一侧表面开设沟槽，在气道板500与加热本体300相连后能够形成第一气道600，当然，气道板500朝向加热本体300的一侧表面和加热本体300朝向气道板500的一侧表面均可以开设沟槽，在气道板500与加热本体300相连后能够形成第一气道600，本发明实施例中对第一气道600的形成方式不做限制。
加热本体300开设有第二气道310，加热本体300通常包括环状基部和承载盘，承载盘用于放置及加热待加工工件100，环状基部环绕承载盘设置，第二气道310可以开设在承载盘上，也可以开设在环状基部上，当然，也可以在环状基部朝向承载盘的一侧表面以及承载盘朝向环状基部的一侧表面开设沟槽，在环状基部和承载盘相连后能够形成第二气道310，本发明实施例中对第二气道310的形成方式不做限制。环状基部和承载盘的结构以及功能均为已知技术，为了文本简洁，在此不再赘述。
第二气道310的出口位于加热本体300的加热面的边沿区域，以使第二气道310能够对待加工工件100的边缘进行吹气，防止待加工工件100出现背镀或侧镀的情况，提高待加工工件100的良品率。第二气道310与第一气道600连通，具体地，第一气道600的一端与第二气道310相连，另一端与气源相连，以使气源能够通过第二气道310为第一气道600供气。
基部200设置于气道板500背离加热本体300的一侧，也就是说，气道板500位于基部200与加热本体300之间，且基部200与气道板500形成安装空间，冷却机构400设置于安装空间，冷却机构400与气道板500的外缘区域导热相连，以使冷却机构400通过气道板500吸收加热本体300边沿的热量，从而使得冷却机构400能够冷却加热本体300边沿。
本发明实施例公开的加热装置中，第二气道310的出口位于加热本体300的加热面的边沿区域，以使第二气道310能够对待加工工件100的边缘进行吹气，吹出的气体能够带走待加工工件100边缘的热量，同时，冷却机构400与气道板500的外缘区域导热相连，以使冷却机构400通过气道板500吸收加热本体300边沿的热量，从而使得冷却机构400能够冷却加热本体300边沿，以使待加工工件100与加热本体300之间的导热气体能够均匀分布，防止待加工工件100与加热本体300之间的导热气体在待加工工件100边缘处的气压较大，在待加工工件100中间区域的气压较小。在待加工工件100加热过程中，加热本体300能够均匀加热待加工工件100，以使待加工工件100的边缘温度与中间区域温度尽可能地相同，防止待加工工件100边缘的温度达到工艺温度时，待加工工件100中间区域的温度还未达到工艺温度，从而使得待加工工件100的温度分布较为均匀，避免同一待加工工件100不同区域的成膜厚度不一，进而使得待加工工件100的成膜均匀性较好。
如上文所述，第二气道310的出口位于加热本体300的加热面的边沿区域，因此，第二气道310通常设置在加热本体300的外缘区域，使得气体在流经第二气道310时便可以带走加热本体300外缘区域的热量，以使第二气道310中的气体能够冷却加热本体300的外缘区域，同时，第二气道310中吹出的气体还能够带走待加工工件100边缘的热量，使得待加工工件100的温度分布更为均匀。为了使气体在流经第二气道310时能够带走加热本体300外缘区域更多的热量，在一种可选的实施例中，第一气道600可以包括第一子气道610和第二子气道620，第一子气道610与第二子气道620相连，第二子气道620与第二气道310连通，第一子气道610与加热装置的气源通道900连通，气源通道900通过第一子气道610和第二子气道620为第二气道310供气。
上述实施例中，第一子气道610的存气体积和第二气道310的存气体积均可以小于第二子气道620的存气体积，且第一子气道610的流量可以大于第二气道310的流量，以使气体在第二子气道620处聚集，实现憋压的效果，从而能够提高第二气道310中气体的流速，流速较快的气体能够带走加热本体300外缘区域更多的热量，以使流速较快的气体在流经第二气道310时能够更好地冷却加热本体300外缘区域，同时，流速较快的气体吹到待加工工件100的边缘时，也能带走更多的热量，使得待加工工件100的温度分布更为均匀，在待加工工件100加热过程中，加热本体300能够更加均匀地加热待加工工件100，以使待加工工件100的边缘温度与中间区域温度尽可能地相同，进一步避免同一待加工工件100不同区域的成膜厚度不一，进一步提高待加工工件100的成膜均匀性。
如上文所述，第一气道600的形成方式可以有多种，本发明实施例中对第一气道600的形成方式不做限制。具体地，气道板500可以开设有环槽和多个连接槽，在气道板500与加热本体300相连后，环槽与加热本体300能够形成第二子气道620，多个连接槽与加热本体300形成第一子气道610，连接槽的一端与气源通道900连通，另一端与环槽连通。相较于开孔形成第一气道600的方式，工作人员能够方便地在气道板500上开设环槽和连接槽，工序较少，且加工简单，从而能够降低气道板500的加工难度，还能够降低加工过程的中成本。
在本发明实施例中，冷却机构400与气道板500的外缘区域导热相连，具体地，冷却机构400可以与气道板500的外缘区域相接触，以使冷却机构400可以与气道板500的外缘区域直接相连，冷却机构400通过气道板500的外缘区域吸收加热本体300边沿的热量，从而使得冷却机构400能够冷却加热本体300边沿。在待加工工件100加热过程中，加热本体300能够均匀加热待加工工件100，使得待加工工件100的温度分布较为均匀。
当然，冷却机构400还可以与气道板500的外缘区域相对，也就是说，冷却机构400与气道板500的外缘区域之间具有距离，且冷却机构400与气道板500的外缘区域之间设置有导热部700，导热部700能够将气道板500外缘区域的热量传导至冷却机构400，从而使得冷却机构400将气道板500外缘区域的热量带走，起到冷却加热本体300边沿的作用。上述两种导热相连的方式均使得冷却机构400较好地能够冷却加热本体300边沿，从而使得待加工工件100的温度分布更为均匀。导热部700可以为铜板、不锈钢翅片、铜翅片、导热胶和导热泡棉等。
如上文所述，冷却机构400能够冷却加热本体300边沿，冷却机构400的种类可以有多种，可选地，冷却机构400可以具有第三气道410和与第三气道410相连通的吹气孔420，吹气孔420与气道板500的外缘区域相对，第三气道410中可通入冷却气体。在具体的冷却过程中，第三气道410中的冷却气体通过吹气孔420吹到气道板500的外缘区域，以使冷却气体带走气道板500外缘区域的热量，从而实现冷却气道板500外缘区域的效果。此种设置方式简单可靠，方便设计人员设计冷却机构400，降低冷却机构400的设计难度，同时，冷却气体吹出后较难影响待加工工件100的加工，同时，冷却气体较难影响环境，且冷却气体的成本较低。
另一种可选的实施例中，冷却机构400可以开设有水道430，水道430中可通入冷却水。在具体的冷却过程中，水道430中的冷却水能够带走从气道板500的外缘区域传导至冷却机构400的热量，从而使得冷却机构400能够带走气道板500外缘区域的热量，从而实现冷却气道板500外缘区域的效果，进而实现冷却加热本体300边沿的效果。相较于气体冷却的方式，此种水冷却的方式冷却效果更好，从而使得冷却机构400能够更好地冷却气道板500的外缘区域，进而能够使得待加工工件100的温度分布更为均匀，以使待加工工件100的成膜均匀性更好。
当然，冷却机构400还可以具有第三气道410和水道430，以使冷却机构400既能够通过冷却气体冷却气道板500的外缘区域，还能够通过冷却水冷却气道板500的外缘区域，同时，水道430中的冷却水能够冷却第三气道410中的冷却气体，以使冷却机构400对气道板500外缘区域的冷却效果更好，进而使得冷却机构400能够更进一步地冷却加热本体300的边沿，以使待加工工件100的温度分布更为均匀。
在冷却机构400冷却加热本体300边沿的过程中，可能由于冷却气体或冷却水的温度过低，导致冷却机构400对加热本体300的边沿过度冷却，从而导致待加工工件100边缘处的温度较低，待加工工件100中间区域的温度较高，致使待加工工件100的温度分布不均，进而导致同一待加工工件100不同区域的成膜厚度不一。基于此，在一种可选的实施例中，冷却机构400还可以具有加热部440，加热部440能够用于加热第三气道410中的冷却气体，防止因冷却气体的温度过低而导致冷却机构400对加热本体300边沿过度冷却，从而能够使得待加工工件100的温度分布较为均匀，避免待加工工件100边缘处的温度较低，待加工工件100中间区域的温度较高，进而使得同一待加工工件100不同区域的成膜厚度能够尽可能地相同。
当然，加热部440还能够用于加热水道430中的冷却水，防止因冷却水的温度过低而导致冷却机构400对加热本体300的边沿过度冷却，相似地，本申请实施方式能够使得待加工工件100的温度分布较为均匀，从而避免待加工工件100边缘处的温度较低，待加工工件100中间区域的温度较高，进而使得同一待加工工件100不同区域的成膜厚度能够尽可能地相同。
如上文所述，基部200与气道板500形成安装空间，冷却机构400设置于安装空间，具体地，基部200可以开设有安装槽，在基部200与气道板500相连后，安装槽能够与气道板500形成安装空间，冷却机构400设置于安装槽的槽底，以使冷却机构400设置于安装空间，且冷却机构400与槽底之间设有耐高温部，避免加热本体300上的热量传导至基部200，同时，耐高温部能够使得冷却机构400较为稳定地设置于安装槽的槽底，避免因温度较高而导致冷却机构400与槽底的连接关系失效。本实施例中，形成安装空间的方式较为简单，且冷却机构400安装方式简单可靠，方便工作人员设置。
进一步地，安装空间中可以设置有支撑件800，支撑件800支撑于冷却机构400与安装槽的槽底之间，防止冷却机构400与槽底的接触面积较大，从而能够防止冷却机构400吸收基部200上的热量，进而保证冷却机构400能够较好地冷却加热本体300，提高冷却机构400对加热本体300的冷却效果。
为了进一步提高冷却机构400对加热本体300的冷却效果，可选地，冷却机构400可以为环状结构件，且环状结构件与气道板500的外缘区域相对，以使气道板500的外缘区域均能够与冷却机构400导热相连，使得冷却机构400与气道板500外缘区域的相对的面积较大，从而能够使得冷却机构400更快地将气道板500外缘区域的热量带走，进而能够使得冷却机构400更好地冷却加热本体300，以使待加工工件100不同区域的成膜厚度能够尽可能地相同。
在一种可选的实施例中，加热本体300的边缘内可以设有冷却通道320，冷却通道320中可通入冷却气体或冷却水。冷却通道320中的冷却气体或冷却水能够带走加热本体300边缘的热量，以使加热本体300边缘的温度较低。在加热装置加热待加工工件100的过程中，待加工工件100与加热本体300之间的导热气体能够均匀分布，防止待加工工件100与加热本体300之间的导热气体在待加工工件100边缘处的气压较大，在待加工工件100中间区域的气压较小，从而使得加热本体300能够均匀加热待加工工件100，以使待加工工件100的边缘温度与中间区域温度尽可能地相同，进而使得待加工工件100的温度分布较为均匀，避免同一待加工工件100不同区域的成膜厚度不一，进而使得待加工工件100的成膜均匀性较好。
进一步地，冷却通道320为环状水道，环状水道能够环绕加热本体300，以使加热本体300边缘的热量能够更多地被冷却通道320中的冷却气体或冷却水所带走，进一步提高冷却通道320对加热本体300边缘的冷却效果，进而提高待加工工件100不同区域的成膜均匀性。
基于本发明实施例所公开的加热装置，本发明实施例还公开一种半导体加工设备，所公开的半导体加工设备包括反应腔室，反应腔室中设置有如上文实施例所述的加热装置，以使在半导体加工设备加工待加工工件100的过程中，加热装置中的第二气道310或冷却机构400能够冷却加热本体300边沿，以使待加工工件100与加热本体300之间的导热气体能够均匀分布，防止待加工工件100与加热本体300之间的导热气体在待加工工件100边缘处的气压较大，在待加工工件100中间区域的气压较小。在待加工工件100加热过程中，加热本体300能够均匀加热待加工工件100，以使待加工工件100的边缘温度与中间区域温度尽可能地相同，防止待加工工件100边缘的温度达到工艺温度时，待加工工件100中间区域的温度还未达到工艺温度，从而使得待加工工件100的温度分布较为均匀，避免同一待加工工件100不同区域的成膜厚度不一，进而使得待加工工件100的成膜均匀性较好。
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种加热装置，用于在半导体加工设备中承载并加热待加工工件(100)，其特征在于，所述加热装置包括基部(200)、加热本体(300)、冷却机构(400)和气道板(500)，其中：
所述气道板(500)与所述加热本体(300)之间形成第一气道(600)，所述加热本体(300)开设有第二气道(310)，且所述第二气道(310)的出口位于所述加热本体(300)的加热面的边沿区域，所述第二气道(310)与所述第一气道(600)连通；
所述基部(200)设置于所述气道板(500)背离所述加热本体(300)的一侧，且所述基部(200)与所述气道板(500)形成安装空间，所述冷却机构(400)设置于所述安装空间，所述冷却机构(400)与所述气道板(500)的外缘区域导热相连。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述第一气道(600)包括第一子气道(610)和第二子气道(620)，所述第一子气道(610)与所述第二子气道(620)相连，所述第二子气道(620)与所述第二气道(310)连通，所述第一子气道(610)与所述加热装置的气源通道(900)连通；
其中，所述第一子气道(610)的存气体积和所述第二气道(310)的存气体积均小于所述第二子气道(620)的存气体积，且所述第一子气道(610)的流量大于所述第二气道(310)的流量。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其特征在于，所述气道板(500)开设有环槽和多个连接槽，所述环槽与所述加热本体(300)形成所述第二子气道(620)，所述多个连接槽与所述加热本体(300)形成所述第一子气道(610)，所述连接槽的一端与所述气源通道(900)连通，另一端与所述环槽连通。
4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述冷却机构(400)与所述气道板(500)的外缘区域相接触；或，所述冷却机构(400)与所述气道板(500)的外缘区域相对，且所述冷却机构(400)与所述气道板(500)的外缘区域之间设置有导热部(700)。
5.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述冷却机构(400)具有第三气道(410)和与所述第三气道(410)相连通的吹气孔(420)，所述吹气孔(420)与所述气道板(500)的外缘区域相对，所述第三气道(410)中可通入冷却气体。
6.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述冷却机构(400)还具有加热部(440)，所述加热部(440)用于加热所述第三气道(410)中的所述冷却气体。
7.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述冷却机构(400)开设有水道(430)，所述水道(430)中可通入冷却水。
8.根据权利要求7所述的加热装置，其特征在于，所述冷却机构(400)还具有加热部(440)，所述加热部(440)用于加热所述水道(430)中的所述冷却水。
9.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述基部(200)开设有安装槽，所述安装槽与所述气道板(500)形成所述安装空间，所述冷却机构(400)设置于所述安装槽的槽底，且所述冷却机构(400)与所述槽底之间设有耐高温部。
10.根据权利要求9所述的加热装置，其特征在于，所述安装空间中设置有支撑件(800)，所述支撑件(800)支撑于所述冷却机构(400)与所述安装槽的槽底之间。
11.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述冷却机构(400)为环状结构件，且所述环状结构件与所述气道板(500)的外缘区域相对。
12.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热本体(300)的边缘内设有冷却通道(320)，所述冷却通道(320)中可通入冷却气体或冷却水。
13.一种半导体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室中设置有如权利要求1至12中任一项所述的加热装置。
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