[发明专利]一种边缘出气的可控温加热盘

说明书

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出气结构。通过出气结构将导热介质输送至加热盘与晶圆之间，以实现对晶圆温度的精确控制。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、准确的控温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，对于晶圆的温度是无法达到精确控制的。然而沉积反应所最急需的确是对晶圆温度的快速、准确控制。只有将晶圆的温度快速、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

本发明是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、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导到晶圆，或是将晶圆的温度迅速的传导至加热盘上导出。通过合理的通气结构设计，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：一种边缘出气的可控温加热盘，包括加热盘，在加热盘的内部分布有实现加热功能的加热丝及沿圆周方向设置一个导热介质储存及流动空间，即热传导介质管路。所述加热盘圆周外围设有气体出口及加热盘中心设有的气体回收孔。上述空间可使用铸造、焊接或预埋管路的方式实现。导热介质从外围管路输送进入加热盘内部，在加热盘内部圆周方向上进行循环流动，并从位于加热盘圆周外围的气体出口进入腔室，到达加热盘与晶圆之间。导热介质会加强晶圆与加热盘间的热传导，消除温度不均匀现象，以精确控制晶圆温度。气体出口沿圆周均匀分布，并形成一定的流动阻力，使得通入的气体压力下降，不会单独从某一出口直接冲出加热盘表面，而是在加热盘内部均匀流动后从圆周的各气体出口均匀出气。因为导热介质在流动过程中随流动路径加长，介质温度变化，而使传热效率降低。晶圆的外围面积大，中间面积较小，边缘进气结构会在气体流动过程中通过介质流量的增加来改善传热效率不足而导致的温度不均匀性。从边缘向中心气体最终会在加热盘中心的气体回收孔中，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流入，以实现导热介质的循环流动。也可将加热盘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。

本发明的有益效果及特点：

通过边缘出气结构，在加热盘内部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。通过合理化设计的出气孔直径及分布，使各出气孔流阻均匀，从而使导热介质能从各气体出口均匀进入加热盘与晶圆之间，从边缘向中心进气，使导热介质流量从边缘向中心汇聚时逐渐增大，从而降低因导热介质流动过程中因热交换导致的温度变化带来的换热效率不足，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，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。

图中所示：1、加热丝；2、热传导介质管路；3、气体出口；4、加热盘；5、气体回收孔。

下面结合附图和实施例对发明作进一步的说明。

具体实施方式

实施例

如图1所示，一种边缘出气的可控温加热盘，包括加热盘4，在加热盘4的内部分布有实现加热功能的加热丝1及沿圆周方向设置一个导热介质储存及流动空间，即热传导介质管路2。所述加热盘4圆周外围设有气体出口3，加热盘4的中心设有气体回收孔5。上述热传导介质管路2可使用铸造、焊接或预埋管路的结构方式实现。导热介质从外围管路输送进入加热盘4内部，在加热盘4内部圆周方向上进行循环流动，并从位于加热盘4圆周外围的气体出口3进入腔室，到达加热盘与晶圆之间。气体出口3沿圆周均匀分布，并形成一定的流动阻力，使得通入的气体压力下降，不会单独从某一出口直接冲出加热盘表面，而是在加热盘4内部均匀流动后从圆周的各出气孔均匀出气。因为导热介质在流动过程中随流动路径加长，介质温度变化，而使传热效率降低。晶圆的外围面积大，中间面积较小，边缘进气结构会在气体流动过程中通过介质流量的增加，来降低来改善传热效率不足而导致的温度不均匀性。从边缘向中心气体最终会在加热盘4中心的气体回收孔5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流入，以实现导热介质的循环流动。也可将加热盘4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。