本发明涉及半导体器件加工领域,尤其涉及一种散热系统、一种工艺腔室,以及一种半导体加工设备。
背景技术:
1、在现有的半导体加工设备,如化学气相沉积设备(chemical vapor deposition,cvd)中,加热盘组件的性能对于薄膜沉积工艺的性能影响很大,尤其影响晶圆温度均匀性。随着工艺需求的发展,对晶圆温度均匀性的要求越来越高。因此,对加热盘组件表面的温度均匀性有着更高的要求。然而,在实际的生产研发过程中,对于加热盘本身构造的优化研发是较为困难的,且存在研发成本大、周期长等缺点。此外,仅通过设置液冷装置对加热盘进行散热的方法存在着散热不均匀、成本高、工艺复杂等缺点,无法针对加热盘不同区域的散热需求进行散热设计。
2、为了克服现有技术存在的上述缺陷,本领域亟需一种改进的散热系统,用于在不改变加热盘结构的情况下,满足加热盘不同区域的散热需求,从而提升加热盘表面的温度均匀性。
技术实现思路
1、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。
2、为了克服现有技术存在的上述缺陷,本发明提供了一种散热系统、一种工艺腔室及一种半导体加工设备,可以通过在加热盘下方设置散热控制板,并根据加热盘的温度分布,差异化地设计不同效率的散热区域,用于在不改变加热盘结构的情况下,满足加热盘不同区域的散热需求,从而提升加热盘表面的温度均匀性。
3、具体来说,根据本发明的第一方面提供的上述散热系统包括散热板及支撑件。所述散热板朝向承载晶圆的加热盘的一侧设有散热面。所述散热面被分为多个散热区域,具有较高的第一散热效率的第一散热区域对准所述加热盘的高温区域,而具有较低的第二散热效率的第二散热区域对准所述加热盘的低温区域。所述支撑件的第一端连接所述散热板,而其第二端连接所述加热盘的升降基座,以带动所述散热板随所述加热盘进行同步升降。
4、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述多个散热区域具有不同的高度。所述第一散热区域具有较大的第一高度,以与所述加热盘的高温区域保持较小的第一散热间距。所述第二散热区域具有较小的第二高度,以与所述加热盘的低温区域保持较大的第二散热间距。
5、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述第一散热区域接触所述加热盘的高温区域,以通过热传导的方式为所述高温区域散热。所述第二散热区域不接触所述加热盘的低温区域,以通过热辐射的方式为所述低温区域散热。
6、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述第一散热区域具有较大的第一粗糙度,以提高对所述加热盘的高温区域的散热效率,而所述第二散热区域具有较小的第二粗糙度,以降低对所述加热盘的低温区域的散热效率。
7、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述第一散热区域中设有多个凸台和/或凹孔。所述凸台和/或所述凹孔用于增加所述第一散热区域的第一粗糙度。
8、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述高温区域位于所述加热盘的中心。所述低温区域位于所述加热盘的外边缘。所述多个凸台和/或凹孔沿所述散热板的周向,均匀或不均匀地排列于位于所述散热板的中心的第一散热区域中。
9、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述多个凸台和/或凹孔沿所述散热板的径向被均匀地分为多圈同心圆。位于所述第一散热区域沿所述径向的中心圈的第一凸台和/或第一凹孔具有较大的第一分布密度,以提高所述加热盘的对应区域的散热效率,而位于所述第一散热区域沿所述径向的边缘圈的第二凸台和/或第二凹孔具有较小的第二分布密度,以降低所述加热盘的对应区域的散热效率。
10、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述加热盘的柄部穿过所述散热板的最中心连接所述升降基座。两个所述低温区域分别位于所述加热盘的最中心和外边缘。所述高温区域位于所述加热盘的次中心。至少一个所述第二散热区域对准所述加热盘的外边缘。至少一个所述第一散热区域对准所述加热盘的次中心。
11、进一步地,在本发明的一些实施例中,另一所述第二散热区域对准所述加热盘的最中心。和/或所述散热板的直径大于所述加热盘上承载的晶圆的直径,对准所述晶圆的外边缘的第二散热区域位于所述散热板的次外边缘。所述散热板的最外边缘还设有另一所述第一散热区域。
12、进一步地,在本发明的一些实施例中,各所述第一散热区域根据所述高温区域沿周向的温度分布,而具有沿周向相同或不同的高度。和/或各所述第一散热区域之间根据对应高温区域的温度,而具有相同或不同的高度。和/或各所述第二散热区域根据所述低温区域沿周向的温度分布,而具有沿周向相同或不同的高度。和/或各所述第二散热区域之间根据对应低温区域的温度,而具有相同或不同的高度。
13、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述第一散热区域由多个散热子区组成。各所述散热子区之间根据对应高温子区的温度而具有相同或不同的高度,对准具有较高温度的高温子区的散热子区具有较大的第三高度,而对准具有较低温度的低温子区的散热子区具有较小的第四高度。
14、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述第一散热区域由多个散热子区组成。各所述散热子区之间根据对应高温子区的温度而具有相同或不同的材质,对准具有较高温度的高温子区的散热子区选用热导率较大的第一材质,而对准具有较低温度的低温子区的散热子区选用热导率较小的第二材质。
15、进一步地,在本发明的一些实施例中,各所述散热子区的材质选自al2o3、aln、sic、哈氏合金中的至少一者。
16、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述多个散热区域选用不同的材质,。所述第一散热区域选用热导率较大的第三材质,而所述第二散热区域选用热导率较小的第四材质。所述第一散热区域和/或所述第二散热区域的材质选自al2o3、aln、sic、哈氏合金中的至少一者。
17、进一步地,在本发明的一些实施例中,所述支撑件包括支撑板和支撑套筒。所述支撑板和所述支撑套筒都选用导热材质。所述支撑板导热连接并支撑所述散热板背向所述加热盘的一侧。所述支撑套筒包围所述加热盘的柄部,其第一端连接所述升降基座,而其第二端导热连接所述支撑板,以经由所述支撑板带动所述散热板随所述加热盘进行同步升降,并将所述散热板导热连接到外部的冷源。
18、此外,根据本发明的第二方面提供的上述工艺腔室包括加热盘及如本发明的第一方面提供的散热系统。所述加热盘用于承载并加热待加工的晶圆。所述散热系统用于根据所述加热盘表面的温度分布,对其进行分区的差异化散热。
19、此外,根据本发明的第三方面提供的上述半导体加工设备。所述半导体加工设备中包括至少一个腔室。所述腔室中配置有承载并加热晶圆的加热盘,以及如本发明的第一方面提供的散热系统。
1.一种散热系统,其特征在于,包括:
2.如权利要求1所述的散热系统,其特征在于,所述多个散热区域具有不同的高度,其中,所述第一散热区域具有较大的第一高度,以与所述加热盘的高温区域保持较小的第一散热间距,所述第二散热区域具有较小的第二高度,以与所述加热盘的低温区域保持较大的第二散热间距。
3.如权利要求2所述的散热系统,其特征在于,所述第一散热区域接触所述加热盘的高温区域,以通过热传导的方式为所述高温区域散热,
4.如权利要求3所述的散热系统,其特征在于,所述第一散热区域具有较大的第一粗糙度,以提高对所述加热盘的高温区域的散热效率,而所述第二散热区域具有较小的第二粗糙度,以降低对所述加热盘的低温区域的散热效率。
5.如权利要求4所述的散热系统,其特征在于,所述第一散热区域中设有多个凸台和/或凹孔,其中,所述凸台和/或所述凹孔用于增加所述第一散热区域的第一粗糙度。
6.如权利要求5所述的散热系统,其特征在于,所述高温区域位于所述加热盘的中心,所述低温区域位于所述加热盘的外边缘,所述多个凸台和/或凹孔沿所述散热板的周向,均匀或不均匀地排列于位于所述散热板的中心的第一散热区域中。
7.如权利要求6所述的散热系统,其特征在于,所述多个凸台和/或凹孔沿所述散热板的径向被均匀地分为多圈同心圆,其中,位于所述第一散热区域沿所述径向的中心圈的第一凸台和/或第一凹孔具有较大的第一分布密度,以提高所述加热盘的对应区域的散热效率,而位于所述第一散热区域沿所述径向的边缘圈的第二凸台和/或第二凹孔具有较小的第二分布密度,以降低所述加热盘的对应区域的散热效率。
8.如权利要求6所述的散热系统,其特征在于,所述加热盘的柄部穿过所述散热板的最中心连接所述升降基座,两个所述低温区域分别位于所述加热盘的最中心和外边缘,所述高温区域位于所述加热盘的次中心,
9.如权利要求8所述的散热系统,其特征在于,另一所述第二散热区域对准所述加热盘的最中心,和/或
10.如权利要求9所述的散热系统,其特征在于,各所述第一散热区域根据所述高温区域沿周向的温度分布,而具有沿周向相同或不同的高度,和/或
11.如权利要求6所述的散热系统,其特征在于,所述第一散热区域由多个散热子区组成,其中,各所述散热子区之间根据对应高温子区的温度而具有相同或不同的高度,对准具有较高温度的高温子区的散热子区具有较大的第三高度,而对准具有较低温度的低温子区的散热子区具有较小的第四高度。
12.如权利要求6或11所述的散热系统,其特征在于,所述第一散热区域由多个散热子区组成,其中,各所述散热子区之间根据对应高温子区的温度而具有相同或不同的材质,对准具有较高温度的高温子区的散热子区选用热导率较大的第一材质,而对准具有较低温度的低温子区的散热子区选用热导率较小的第二材质。
13.如权利要求12所述的散热系统,其特征在于,各所述散热子区的材质选自al2o3、aln、sic、哈氏合金中的至少一者。
14.如权利要求1或2所述的散热系统,其特征在于,所述多个散热区域选用不同的材质,其中,所述第一散热区域选用热导率较大的第三材质,而所述第二散热区域选用热导率较小的第四材质,其中,所述第一散热区域和/或所述第二散热区域的材质选自al2o3、aln、sic、哈氏合金中的至少一者。
15.如权利要求1所述的散热系统,其特征在于,所述支撑件包括支撑板和支撑套筒,其中,所述支撑板和所述支撑套筒都选用导热材质,所述支撑板导热连接并支撑所述散热板背向所述加热盘的一侧,所述支撑套筒包围所述加热盘的柄部,其第一端连接所述升降基座,而其第二端导热连接所述支撑板,以经由所述支撑板带动所述散热板随所述加热盘进行同步升降,并将所述散热板导热连接到外部的冷源。
16.一种工艺腔室,其特征在于,包括:
17.一种半导体加工设备,其特征在于,所述半导体加工设备中包括至少一个腔室,所述腔室中配置有承载并加热晶圆的加热盘,以及如权利要求1~15中任一项所述的散热系统。