CN105047543A - 一种涡旋形表面结构的可控温加热盘 - Google Patents

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陈英男
姜崴
郑旭东
关帅
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Abstract

一种涡旋形表面结构的可控温加热盘，主要解决现有的加热盘及静电卡盘所存在的无法快速、均匀、准确控制晶圆温度的问题。该加热盘采用在加热盘表面设计一种涡旋形的沟槽结构形式，中间作为气体导入的入口，有一个圆形空间用来释放气体进入时压力及将其通过多条涡旋形辐射的沟槽将中间进入的导热介质输送到加热盘的边缘区域。本发明通过进气通道在加热盘表面与晶圆间形成一定的气隙，并在其中通入热传导效果较好的导热气体作为传热介质，经加热盘的温度快速的传到晶圆，或是将晶圆的温度迅速的传至加热盘上导出。通过合理的盘面结构设计，使得导热介质能够快速均匀的在空隙中流动，及时实现加热盘及晶圆的热交换。可广泛应用于半导体薄膜沉积技术领域。

Description

一种涡旋形表面结构的可控温加热盘
技术领域
本发明涉及一种应用于半导体沉积设备的可控温加热盘的盘面结构。使用涡旋形盘面气体分布形式，以实现对晶圆温度的快速、均匀、精确控制。属于半导体薄膜沉积应用及制造技术领域。
背景技术
半导体设备在进行沉积反应时往往需要使晶圆及腔室空间预热或维持在沉积反应所需要的温度，大多数半导体沉积设备都会使用加热盘或静电卡盘来实现给晶圆预热的目的。但因为沉积反应多是在真空条件下进行，真空环境因缺乏导热介质，热传导性能较差。往往无法快速将晶圆预热到所需温度，或是在沉积反应前无法均匀的将晶圆预热。在有射频参与的半导体镀膜设备中，当射频所激发的能量到达晶圆表面时，因为热传导介质的缺乏，往往又会使晶圆表面的温度快速升高，使得晶圆表面温度超出沉积所需温度，而使晶圆发生损坏。随着晶圆尺寸的逐渐增大，晶圆本身的温度均匀性直接决定着晶圆品质的好或坏，快速、准确、均匀的温度控制对生产效率的提高及产品良率的提高都是至关重要的。
现有的半导体沉积设备所使用的加热盘及静电卡盘大都只具有加热盘自身的温度调节及控温功能，对于晶圆的温度无法达到快速、均匀、精确控制。然而沉积反应所最急需的确是对晶圆温度的快速、均匀、准确控制。只有将晶圆的温度快速、均匀、准确的维持在沉积反应所需的温度范围内，才能实现对产品良率及效率的提升。
发明内容
本发明以解决上述问题为目的，主要解决现有的加热盘及静电卡盘所存在的无法快速、均匀、准确控制晶圆温度的问题。本发明通过进气通道在加热盘表面与晶圆间形成一定的气隙，并在其中通入热传导效果较好的导热气体作为传热介质，经加热盘的温度快速的传到晶圆，或是将晶圆的温度迅速的传至加热盘上导出。通过合理的盘面结构设计，使得导热介质能够快速均匀的在空隙中流动，及时实现加热盘及晶圆的热交换。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种涡旋形表面结构的可控温加热盘，该加热盘是采用在加热盘表面设计一种涡旋形的沟槽结构形式，中间作为气体导入的入口，有一个圆形空间用来释放气体进入时压力及将其通过多条涡旋形辐射的沟槽将中间进入的导热介质输送到加热盘的边缘区域。涡旋状的沟槽设计使得导热介质之间的流动与导通更顺畅，加强因各介质所流经空间不同而造成的温度不均匀现象，以精确控制晶圆温度。气体最终会在加热盘边缘的小孔中从加热盘内部返回至导热介质冷却装置，并在其中实现冷却，以便将多余的热量带走。冷却后的气体会再次从加热盘中心流入，以实现导热介质的循环流动。也可将加热盘外圆的沟槽设计成开放式，使导热介质直接扩散至腔室空间而不收集介质重新进行循环。热传导介质从加热盘中心的中心进气孔进入加热盘表面，在中心一个圆形空间用来释放气体进入时压力。
本发明的有益效果及特点：
通过涡旋形表面结构的沟槽，在加热盘及晶圆之间形成一定的气隙空间，并在该气隙空间中通入热传导系数较高的导热介质，用以加强真空环境下的热传导效率。通过合理化设计的表面气体分布结构，使得导热介质能够直接、快速、均匀的分布在加热盘与晶圆之间，并依据介质流动所带来的压力及流速变化规律确定各个区域大小或沟槽尺寸，来调节导热介质所带走的热量，以实现对晶圆温度的快速准确控制。进一步提高晶圆的成品率及半导体沉积设备的生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中零件标号分别代表:
1、中心进气孔；2、气体流动沟槽；3、气体回收孔；4、加热盘。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例
如图1所示，一种涡旋形表面结构的可控温加热盘，所述加热盘4的中心设有进气孔1；所述加热盘4的表面布局制有气体流动沟槽2；所述加热盘4的边缘设有气体回收孔3。
上述的进气孔1可以采用一个进气孔直接进气的结构方式实现，也可采用经过一个小的稳流室后从多个进气孔出气，已达到更好的进气均匀性。
上述进气孔1在中心设计一个圆形空间用来释放气体进入时压力。
上述气体流动沟槽2设计为以涡状线布局从中心向边缘分布，以便使进入的热传导介质流动到加热盘4的边缘区域，涡旋型沟槽设计使得导热介质之间的流动与导通更顺畅，加强因各介质所流经空间不同而造成的温度不均匀现象，以精确控制晶圆温度。
上述气体流动沟槽2设有一定的空腔体积用来储存及输送导热介质，但空腔体积不可过大以免在导热介质在扩散过程中因压力损失而无法快速流动。
所述的气体回收孔3，气体最终会在加热盘4边缘的气体回收孔3中从加热盘内部返回至导热介质冷却装置，并在其中实现冷却，以便将多余的热量带走，冷却后的气体会再次从加热盘中心流入，以实现导热介质的循环流动。
所述加热盘4上的沟槽设计成封闭式或开放式，沟槽设计成开放式可使导热介质直接扩散至腔室空间而不收集介质重新进行循环。
工作时，导热介质从加热盘4中心的进气孔1进入加热盘4表面，在圆形空间用来释放气体进入时的压力。经由涡状线布局分布的气体流动沟槽2从加热盘4的中心向边缘流动。在到达加热盘4边缘后，从位于加热盘4边缘的气体回收孔3中从加热盘内部返回至导热介质冷却装置，并在其中实现冷却，以便将多余的热量带走。冷却后的气体会再次从加热盘4中心流入，以实现导热介质的循环流动，并重复上述工作过程。

Claims (5)

1.一种涡旋形表面结构的可控温加热盘，其特征在于：该加热盘是采用在加热盘表面设计一种涡旋形的沟槽结构形式，中间作为气体导入的入口，有一个圆形空间用来释放气体进入时压力及将其通过多条涡旋形辐射的沟槽将中间进入的导热介质输送到加热盘的边缘区域。
2.如权利要求1所述的涡旋形表面结构的可控温加热盘，其特征在于：所述加热盘的中心设有进气孔；所述加热盘的表面布局制有气体流动沟槽；所述加热盘的边缘设有气体回收孔。
3.如权利要求2所述的涡旋形表面结构的可控温加热盘，其特征在于：所述进气孔采用一个进气孔直接进气的结构形式或采用经过一个小的稳流室后从多个进气孔出气，上述进气孔在中心设计一个圆形空间用来释放气体进入时压力。
4.如权利要求2所述的涡旋形表面结构的可控温加热盘，其特征在于：所述气体流动沟槽设计为以涡状线布局从中心向边缘分布的结构形式。
5.如权利要求1或2所述的涡旋形表面结构的可控温加热盘，其特征在于：所述加热盘上的沟槽设计成封闭式或开放式。
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