[发明专利]一种分体式可控温加热盘结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于半导体薄膜沉积设备的分体式可控温加热盘结构。其内部包含加热、冷却、导热、防晶圆漂浮结构，并可更换不同形式盘面，以实现对晶圆温度的快速、准确、均匀控制。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加热或维持在沉积反应所需要的温度，所以加热盘必需具备加热结构以满足给晶圆预热的目的。

在一些半导体薄膜沉积设备中还会有射频或等离子体参与沉积反应，因等离子体能量的释放，会使晶圆表面的温度急剧升高，这时则需要增加冷却功能去平衡掉等离子体所释放出来的额外热量。否则会使晶圆或背胶损坏，造成产品良率的下降。而仅仅依靠加热盘本身的热交换并无法满足以上要求，因此需要有冷却结构来帮助加热盘快速进行降温。

半导体薄膜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，同样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。因此有必要在加热盘与晶圆间通入一层导热介质，以便加热盘与晶圆间快速的进行热交换，同时更好的改善晶圆温度的均匀性。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坏。晶圆温度快速、准确的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。

现有的半导体薄膜沉积设备在有导热介质进入至加热盘与晶圆之间时，如进气量过小，温度均匀性改善较小或热传导效率不高，无法完全满足工艺需求。通气量过大，会因流量增大而使产生的动压力差增大，使得晶圆发生漂浮显现。这样现象的出现会导致晶圆歪斜，无法保证准确的极间距进行沉积反应。或是使晶圆发生偏移，这样的偏移可能造成晶圆的部分区域无法进行沉积反应，更严重的会导致碎片的发生，严重损坏产品及设备，并使维护难度增大，设备使用率降低。因此，通过防漂浮结构控制晶圆位置是必要的。

现有半导体薄膜沉积设备虽然有些加热盘或静电卡盘也通过通入导热介质进行热传导，但因通气流量的限制，使得传导效率及温度均匀性的控制并不理想。或是因通气量过大而造成晶圆发生漂浮、偏移或碎片等现象。为了消除晶圆漂浮的现象，目前大多采用静电卡盘或机械装卡的方式实现，然而静电卡盘技术难度大，成本高，使用寿命短的缺点使其的应用并不广泛。机械装卡方式虽相对简单，但其为接触式控制，会对晶圆表面造成一定的损伤，或是因装卡结构的的限制必须牺牲掉一部分产品面积无法进行薄膜沉积，这样使设备的产能和利用率大大降低，也浪费了宝贵的特气资源。

综上所述，对于现有的半导体镀膜设备所使用的加热盘或静电卡盘大都只具有加热功能，在这样的条件下无法实现快速降温的需求，且其自身的温度调节及控温功能是有限的，无法达到对温度的精确控制。而有导热介质参与的加热盘或静电卡盘又因通气量的限制而无法满足对晶圆温度的快速、准确控制。然而只有将晶圆的温度快速、准确、均匀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、准确、均匀控制晶圆温度的问题。

本发明是通过一种分体式可控温加热盘结构，加热盘内部除常规加热盘所具有的加热结构以外，更设计有冷却结构、热传导介质输送、流通结构及可更换盘面结构、防晶圆漂浮结构。