CN220767160U - 加热盘、工艺冷却水***及薄膜沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种加热盘、工艺冷却水***及薄膜沉积设备。所述加热盘包括：加热盘本体，设于薄膜沉积设备的工艺腔体，用于承载待加工晶圆；以及第一冷却模块，包括水冷块及冷却水管道，其中，所述水冷块由铝材制成，所述第一冷却模块经由所述水冷块接触所述加热盘本体，以吸收所述加热盘本体的热量，所述冷却水管道由不锈钢材制成，其穿过所述水冷块以带走所述水冷块吸收获取的热量。通过采用上述配置，本发明能够避免传统的铝制冷却水管道容易在加热盘冷却的场景中发生金属电极反应的现象，从而解决冷却水流道堵蚀的问题。

Description

加热盘、工艺冷却水***及薄膜沉积设备

技术领域

本实用新型涉及薄膜沉积技术领域，尤其涉及一种加热盘、一种工艺冷却水***，以及一种薄膜沉积设备。

背景技术

在半导体加工的加热盘冷却***中，通常使用铝合金材质的水冷块结构来进行加热盘冷却。然而，在冷却***长时间冷却传热的过程中，铝制水冷块中的一些合金元素容易在与冷却水接触的过程中发生金属电极反应，从而导致冷却水流道的堵蚀。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种加热盘冷却技术，用于避免传统的铝制冷却水管道容易在加热盘冷却的场景中发生金属电极反应的现象，从而解决冷却水流道堵蚀的问题。

实用新型内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提供一种加热盘、一种工艺冷却水***及一种薄膜沉积设备，用于避免传统的铝制冷却水管道容易在加热盘冷却的场景中发生金属电极反应的现象，从而解决冷却水流道堵蚀的问题。

具体来说，根据本实用新型的第一方面提供的加热盘包括加热盘本体以及第一冷却模块。所述加热盘本体设于薄膜沉积设备的工艺腔体，用于承载待加工晶圆。所述第一冷却模块包括水冷块及冷却水管道。所述水冷块由铝材制成。所述第一冷却模块经由所述水冷块接触所述加热盘本体，以吸收所述加热盘本体的热量。所述冷却水管道由不锈钢材制成，其穿过所述水冷块以带走所述水冷块吸收获取的热量。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，所述水冷块背向所述加热盘本体的一侧设有环绕所述水冷块的凹槽。所述冷却水管道被设于所述凹槽中，以环绕并多方向地接触所述水冷块。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，所述凹槽中填充有导热硅胶。所述冷却水管道经由所述导热硅胶接触所述水冷块。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，所述冷却水管道环绕所述水冷块的内径大于7.8mm，和/或所述冷却水管道的壁厚小于0.9mm。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，所述冷却水管道的两端分别连接热水机的进水口及出水口。所述热水机驱动低温的冷却水在所述冷却水管道中流动，以将所述加热盘本体的温度控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，所述冷却水管道的两端分别连接所述加热盘的工艺冷却水***的进水口及出水口。所述工艺冷却水***驱动低温的冷却水在所述冷却水管道中流动，以将所述加热盘本体的温度控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，所述冷却水管道的进水口经由远程等离子***的第二冷却模块连接所述工艺冷却水***的出水口，和/或所述冷却水管道的出水口经由远程等离子***的第二冷却模块连接所述工艺冷却水***的进水口，以供所述工艺冷却水***串联地将所述远程等离子***及所述加热盘本体的温度，同步控制在所述低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

此外，根据本实用新型的第二方面提供的工艺冷却水(Process Cooling Water，PCW)***包括第一冷却模块、第二冷却模块及驱动机构。所述第一冷却模块包括水冷块及冷却水管道所述水冷块由铝材制成。所述第一冷却模块经由所述水冷块接触薄膜沉积设备的加热盘，以吸收所述加热盘的热量。所述冷却水管道由不锈钢材制成，其穿过所述水冷块以带走所述水冷块吸收获取的热量。所述第二冷却模块串联连接所述第一冷却模块，并接触所述薄膜沉积设备的远程等离子***。所述驱动机构用于驱动低温的冷却水在所述第二冷却模块及所述第一冷却模块的冷却水管道中流动，以将所述远程等离子***及所述加热盘的温度，同步控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

此外，根据本实用新型第三方面提供的薄膜沉积设备包括工艺腔体及工艺冷却水***。所述工艺腔体中配置有如本实用新型第一方面所述的加热盘。所述工艺冷却水***，经由第一冷却模块连接所述工艺腔体，用于驱动低温的冷却水在所述第一冷却模块的冷却水管道中流动，以将所述加热盘的温度控制在所述低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，所述薄膜沉积设备还包括远程等离子***，用于激发反应气体以形成等离子体，并将所述等离子体输入所述工艺腔体，以对所述工艺腔体中的晶圆进行低温薄膜沉积工艺。所述工艺冷却水***还驱动所述冷却水在所述第二冷却模块中流动，以将所述远程等离子***的温度，同步控制在所述低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本实用新型的一些实施例提供的薄膜沉积设备的结构示意图。

图2示出了根据本实用新型的一些实施例提供的工艺冷却水***的控制示意图。

图3A～图3B示出了根据本实用新型的一些实施例提供的第一冷却模块的结构示意图。

附图标记

10 工艺腔体

11 加热盘

20 远程等离子***

30 工艺冷却水***

31 第一冷却模块

311 冷却水管道的进水口

312 冷却水管道的出水口

313 水冷块

314 冷却水管道

32 第二冷却模块

33 驱动机构

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本实用新型的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本实用新型一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，在半导体加工的冷却***中，通常使用铝合金材质的水冷块结构来进行加热盘冷却。然而，在冷却***长时间冷却传热的过程中，铝制水冷块中的一些合金元素容易在与冷却水接触的过程中发生金属电极反应，从而导致冷却水流道的堵蚀。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提供一种加热盘、一种工艺冷却水***及一种薄膜沉积设备，用于避免传统的铝制冷却水管道容易在加热盘冷却的场景中发生金属电极反应的现象，从而解决冷却水流道堵蚀的问题。

在一些非限制性的实施例中，本实用新型第一方面提供的加热盘及本实用新型第二方面提供的工艺冷却水***，可以被配置于本实用新型第三方面提供的薄膜沉积设备中实施。

请结合参考图1及图2。图1示出了根据本实用新型的实施例提供的薄膜沉积设备的结构示意图。图2示出了根据本实用新型的一些实施例提供的工艺冷却水***的控制示意图。

如图1及图2所示，在本实用新型的一些实施例中，该薄膜沉积设备的工艺腔体10、远程等离子***(Remote Plasma Syatem，RPS)20及工艺冷却水***30。

具体来说，该工艺腔体10中配置有用于承载待加工晶圆的加热盘11。该远程等离子***20用于激发反应气体以形成等离子体，并将等离子体输入工艺腔体10，以对工艺腔体10中的晶圆进行低温薄膜沉积工艺。该工艺冷却水***30中配置有第一冷却模块31、第二冷却模块32及驱动机构33，经由该第一冷却模块31连接工艺腔体10，并经由该第二冷却模块32接触该远程等离子***20。该驱动机构33驱动低温的冷却水在第一冷却模块31的冷却水管道中流动，以将加热盘11的温度控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度(例如：50℃)，并驱动冷却水在第二冷却模块32中流动，以将远程等离子***20的温度也同步控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

具体请参考图3A～图3B，图3A～图3B示出了根据本实用新型的一些实施例提供的第一冷却模块的结构示意图。

在图3A～图3B所示的实施例中，上述第一冷却模块31包括水冷块313及冷却水管道314，其经由水冷块313接触加热盘11的本体，以吸收加热盘11在薄膜沉积工艺中产生的额外热量，再经由穿过水冷块313的冷却水管道314带走水冷块313吸收获取的热量，从而将加热盘11本体的温度控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度(例如：50℃)。在此，该水冷块313可以由铝材或铝合金材料(例如：ASTM 6061-T6)制成，以提高从加热盘11吸收热量的效率。该冷却水管道314可以由不锈钢材料制成，以抑制冷却水和冷却水管道314之间的金属电极反应。

如此，通过采用上述先由铝制水冷块313从加热盘11吸收热量，再由不锈钢冷却水管道314过水带走热量的复合冷却结构，本发明可以有效避免传统的铝制冷却模块在加热盘冷却的场景中容易发生金属电极反应而堵蚀流道的问题，并克服不锈钢材料导热效率低下的缺陷，从而兼顾低温薄膜沉积工艺的温控需求及薄膜沉积设备的工作寿命。

进一步地，如图3A～图3B所示，水冷块313背向加热盘本体11的一侧设有环绕水冷块313的凹槽。冷却水管道314被设于凹槽中，以环绕并多方向地接触水冷块313。该凹槽中可以优选地填充有导热硅胶，以使冷却水管道314经由导热硅胶接触水冷块313，从而进一步提高冷却水管道314与水冷块313之间的传热效果。

进一步地，冷却水管道314环绕水冷块313的内径可以被加大到7.8mm以上，而其壁厚可以被减小到0.9mm以下，以降低不锈钢冷却水管道314的热阻，从而通过增大流道面积并减小壁厚的方式来克服不锈钢水冷块导热性差的问题。

此外，如图2、图3A及图3B所示，冷却水管道314的两端可以分别连接工艺冷却水***30的进水口及出水口，从而由工艺冷却水***30驱动低温的冷却水在冷却水管道314中流动，以将加热盘11本体的温度控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度(例如：50℃)，并降低薄膜沉积设备的生产成本、结构复杂度及体积。

可选地，在另一些实施例中，冷却水管道314的两端也分别连接热水机的进水口及出水口，从而由热水机驱动低温的冷却水(例如：25℃)在冷却水管道314中流动，以将加热盘11本体的温度控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度(例如：50℃)。

请继续参考图2，在图2所示的实施例中，上述第二冷却模块32可以串联连接上述第一冷却模块31，并接触薄膜沉积设备的远程等离子***20。驱动机构33用于驱动低温的冷却水在第二冷却模块32及第一冷却模块31的冷却水管道314中流动，以将远程等离子***20及加热盘11的温度同步控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

具体来说，冷却水管道314的进水口311可以经由远程等离子***20的第二冷却模块32连接工艺冷却水***30的出水口，和/或冷却水管道314的出水口312经由远程等离子***20的第二冷却模块32连接工艺冷却水***30的进水口，以供工艺冷却水***30串联地将远程等离子***20及加热盘11本体的温度，同步控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

综上，本实用新型提供的上述加热盘、工艺冷却水***及薄膜沉积设备，均能避免传统的铝制冷却水管道314容易在加热盘冷却的场景中发生金属电极反应的现象，从而解决冷却水流道堵蚀及不锈钢水冷块导热性差的问题。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1. 一种加热盘，其特征在于，包括：

加热盘本体，设于薄膜沉积设备的工艺腔体，用于承载待加工晶圆；以及

第一冷却模块，包括水冷块及冷却水管道，其中，所述水冷块由铝材制成，所述第一冷却模块经由所述水冷块接触所述加热盘本体，以吸收所述加热盘本体的热量，所述冷却水管道由不锈钢材制成，其穿过所述水冷块以带走所述水冷块吸收获取的热量。

2.如权利要求1所述的加热盘，其特征在于，所述水冷块背向所述加热盘本体的一侧设有环绕所述水冷块的凹槽，所述冷却水管道被设于所述凹槽中，以环绕并多方向地接触所述水冷块。

3.如权利要求2所述的加热盘，其特征在于，所述凹槽中填充有导热硅胶，所述冷却水管道经由所述导热硅胶接触所述水冷块。

4.如权利要求2所述的加热盘，其特征在于，所述冷却水管道环绕所述水冷块的内径大于7.8mm，和/或所述冷却水管道的壁厚小于0.9mm。

5.如权利要求1所述的加热盘，其特征在于，所述冷却水管道的两端分别连接热水机的进水口及出水口，所述热水机驱动低温的冷却水在所述冷却水管道中流动，以将所述加热盘本体的温度控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

6.如权利要求1所述的加热盘，其特征在于，所述冷却水管道的两端分别连接所述加热盘的工艺冷却水***的进水口及出水口，所述工艺冷却水***驱动低温的冷却水在所述冷却水管道中流动，以将所述加热盘本体的温度控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

7.如权利要求6所述的加热盘，其特征在于，所述冷却水管道的进水口经由远程等离子***的第二冷却模块连接所述工艺冷却水***的出水口，和/或所述冷却水管道的出水口经由远程等离子***的第二冷却模块连接所述工艺冷却水***的进水口，以供所述工艺冷却水***串联地将所述远程等离子***及所述加热盘本体的温度，同步控制在所述低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

8.一种工艺冷却水***，其特征在于，包括：

第一冷却模块，包括水冷块及冷却水管道，其中，所述水冷块由铝材制成，所述第一冷却模块经由所述水冷块接触薄膜沉积设备的加热盘，以吸收所述加热盘的热量，所述冷却水管道由不锈钢材制成，其穿过所述水冷块以带走所述水冷块吸收获取的热量；

第二冷却模块，串联连接所述第一冷却模块，并接触所述薄膜沉积设备的远程等离子***；以及

驱动机构，用于驱动低温的冷却水在所述第二冷却模块及所述第一冷却模块的冷却水管道中流动，以将所述远程等离子***及所述加热盘的温度，同步控制在低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

9. 一种薄膜沉积设备，其特征在于，包括：

工艺腔体，其中配置有如权利要求1~7中任一项所述的加热盘；以及

工艺冷却水***，经由第一冷却模块连接所述工艺腔体，用于驱动低温的冷却水在所述第一冷却模块的冷却水管道中流动，以将所述加热盘的温度控制在所述低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。

10.如权利要求9所述的薄膜沉积设备，其特征在于，还包括：

远程等离子***，用于激发反应气体以形成等离子体，并将所述等离子体输入所述工艺腔体，以对所述工艺腔体中的晶圆进行低温薄膜沉积工艺，其中，所述工艺冷却水***还驱动所述冷却水在所述第二冷却模块中流动，以将所述远程等离子***的温度，同步控制在所述低温薄膜沉积工艺的目标工艺温度。