基板加热装置及半导体机台的制作方法

1.本发明涉及半导体领域，特别涉及一种基板加热装置及半导体机台。


背景技术：

2.随着集成电路技术的不断发展，集成电路的制造工艺也相应不断更迭，其对相关工艺的要求也愈加严格。其中，某些工艺(例如激光退火工艺、键合工艺)需要在执行之前对基板预先加热到一定温度(例如300℃～500℃)，并且对加热温度的均匀性有着较高的要求(比如在设定温度
±
2.5℃之内)，如此则对基板加热装置的设计提出了更高的要求。
3.目前所应用于预热的基板加热装置的加热盘通常是采用位于加热盘中间的轴或支座进行支撑固定。但采用中间固定的轴或者支座较为挤占空间，不便于加热盘的动作，不利于提高加热盘的动作速度，还会因此影响加热盘在动作过程中的精度。
4.另一方面，现有的基板加热装置在加热温度均匀性方面也不理想，加热盘的不同区域具有较大的温度差异，难以满足更高的工艺要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基板加热装置及半导体机台，以解决现有的加热盘运动性能不佳的问题。
6.本发明的另一目的在于，提高加热盘的温度均匀性。
7.为解决上述技术问题，本发明提供一种基板加热装置，包括加热盘、底座及固定单元，所述固定单元设置于所述底座上并位于所述加热盘的边缘，所述固定单元用以固定所述加热盘，所述加热盘包括固定单元接触区及非固定单元接触区，所述固定单元与所述加热盘相接触的区域位于所述固定单元接触区内，所述固定单元接触区以及所述非固定单元接触区实现分区加热，所述加热盘的下表面与所述底座的上表面之间具有间隙。
8.可选的，所述固定单元的数量为至少三个，且至少三个所述固定单元均匀分布于所述加热盘的边缘。
9.可选的，所述固定单元包括支撑部件、弹性部件以及隔热部件，所述加热盘的下表面设置于所述支撑部件上，所述弹性部件设置于所述支撑部件上且与所述加热盘的上表面相接触以固定所述加热盘，所述隔热部件设置于所述支撑部件与所述底座之间。
10.可选的，所述支撑部件为支撑柱，所述支撑部件的材质为刚性隔热材料，进一步的，所述支撑部件的材质为陶瓷。
11.可选的，所述弹性部件为弹性压片，所述弹性部件的材质为弹簧钢。
12.可选的，所述固定单元还包括固定单元加热器，所述固定单元加热器设置于所述支撑部件的内部或设置于所述支撑部件的外部。
13.可选的，所述隔热部件的材质为弹性隔热材料，进一步的，所述隔热部件的材质为气凝胶。
14.可选的，所述支撑部件与所述弹性部件之间的接触为点接触，所述支撑部件与所
述隔热部件之间的接触为点接触。
15.可选的，实现分区加热时，所述固定单元接触区的设定温度高于所述非固定单元接触区的设定温度。
16.进一步的，所述加热盘包括中心区以及包围所述中心区的外围区，所述中心区与所述外围区实现分区加热，所述中心区包括第一中心区和包围所述第一中心区的第二中心区，所述外围区包括第一外围区和包围所述第一外围区的第二外围区，其中，所述固定单元接触区位于所述第一外围区及第二外围区中，所述第一中心区、第二中心区、第一外围区和第二外围区的设定温度依次增高。
17.进一步的，所述外围区包括沿其周向分布的直接接触区、间接接触区以及非接触区，每个所述固定单元与所述加热盘相接触的区域构成一个直接接触区，每个所述直接接触区的两侧分布有所述间接接触区，所述固定单元接触区包括直接接触区和间接接触区，所述直接接触区、间接接触区以及非接触区实现分区加热，且所述间接接触区的设定温度大于所述直接接触区的设定温度。
18.可选的，所述加热盘包括加热盘壳体以及加热盘加热器，所述第一中心区、第二中心区、第一外围区和第二外围区各自设置有所述加热盘加热器，所述加热盘加热器设置于所述加热盘壳体的内部或所述加热盘壳体的下表面，进一步的，所述加热盘加热器为电阻式加热器。
19.基于本发明的另一方面，本发明还提供了一种半导体机台，包括如上所述的基板加热装置。
20.可选的，所述半导体机台是激光退火设备或键合设备。
21.综上所述，本发明提供的一种基板加热装置及半导体机台具有如下有益效果：
22.1)固定单元位于加热盘的边缘，利用固定单元从加热盘的边缘固定加热盘，能在较小空间内更均匀的固定加热盘，更便于加热盘的动作，有利于提高加热盘的动作速度以及在动作过程中的精度；
23.2)加热盘的中心区与外围区实现分区加热，使外围区的设定温度大于中心区的设定温度，从而减小中心区与外围区的温度差异；
24.3)加热盘的外围区包括沿其周向分布的直接接触区、间接接触区以及非接触区，所述直接接触区、间接接触区以及非接触区实现分区加热，使间接接触区的设定温度大于所述直接接触区的设定温度，使得加热温度均匀性更佳。
附图说明
25.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明构成任何限定。其中：
26.图1是本技术实施例提供的一种基板加热装置的剖视示意图；
27.图2是本技术实施例提供的一种基板加热装置的俯视示意图；
28.图3是本技术实施例提供的另一种基板加热装置的剖视示意图；
29.图4是本技术实施例提供的一种加热盘分区加热的示意图
30.图5是本技术实施例提供的又一种基板加热装置的示意图。
31.附图中：
32.100-基板；10-加热盘；
33.20-固定单元；21-弹性部件；22-支撑部件；22a-第一支撑部件；22b-第二支撑部件；
34.23-隔热部件；23a-第一隔热部件；23b-第二隔热部件；
35.24-凸起；25-固定单元加热器；
36.30-冷却盘(底座)。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
38.应当明白，当元件或层被称为"在
…
上"、"连接到"其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、连接其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为"直接在
…
上"、"直接连接到"其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。空间关系术语例如“在
……
之下”、“在下面”、“下面的”、“在
……
之上”、“在上面”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在
……
之下”、“在下面”、“下面的”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括复数形式，除非上下文清楚的指出另外的方式。还应明白术语“包括”用于确定可以特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语"和/或"包括相关所列项目的任何及所有组合。
39.图1是本技术实施例提供的一种基板加热装置的剖视示意图，图2是本技术实施例提供的一种基板加热装置的俯视示意图。
40.如图1及图2所示，本技术实施例提供的一种基板加热装置，包括加热盘10、底座30及固定单元20，固定单元20设置于底座30上并位于加热盘10的边缘，固定单元20用以固定加热盘10，加热盘10包括固定单元接触区及非固定单元接触区，固定单元20与加热盘10相接触的区域位于固定单元接触区内，固定单元接触区以及非固定单元接触区实现分区加热，加热盘10的下表面与底座30的上表面之间具有间隙。
41.其中，固定单元20包括弹性部件21、支撑部件22以及隔热部件23。支撑部件22设置于底座30上，支撑部件22具有支撑面，加热盘10的下表面设置于支撑部件22的支撑面上，弹性部件21设置于支撑部件22的支撑面上且与加热盘10的上表面相接触以固定加热盘10，隔
热部件23设置于支撑部件22与底座30之间。
42.本技术实施例的基板加热装置例如是用于加热硅片，所述加热盘10优选为圆盘结构。底座30可为冷却盘，即冷却盘30设置于加热盘10之下，利用固定单元20与加热盘10连接，且冷却盘30的上表面与加热盘10的下表面之间具有间隙，用于减少加热盘的热量向下传导或辐射，防止破坏基板加热装置下面的其它结构或装置。在实际中，冷却盘30中所流通的用于冷却的流体，可以为冷却液或冷却气体。
43.请参照图2，固定单元20的数量为三个，且均匀分布于加热盘10的边缘，以更好地支撑固定加热盘10。当然，具体实施时，固定单元20的数量和形状可以进行相应的调整，例如为一个、两个或大于三个，只要能够实现支撑及固定加热盘10的目的即可。进一步的，为了更好地固定加热盘，仅有一个固定单元20时，固定单元20可呈圆环状环绕于加热盘10的边缘，或者，仅有两个固定单元20时，固定单元20可呈圆弧状，且两个固定单元20相对设置于加热盘10的边缘。
44.如图1所示，固定单元20的支撑部件22为一支撑柱，该支撑柱例如是方柱。支撑部件22的材质为刚性隔热材料，例如陶瓷，有利于降低支撑部件22与加热盘10接触时的热量损失以及对保证支撑部件22对加热盘10的支撑固定效果。
45.继续参考图1，弹性部件21为弹性压片，该弹性压片例如是l型片状结构，如图1所示，该l型片状结构包括竖直部以及与竖直部固定连接的水平部，其中，竖直部与支撑部件22暴露于加热盘10之外的表面固定连接，水平部延伸至加热盘10的上表面的边缘相接触以固定加热盘10。弹性部件21的材质优选为弹性且耐高温的材料，当然，此处的耐高温是相对于加热盘10的最高预设加热温度而言的，例如大于600℃。优选的，弹性部件21的材质为弹簧钢。
46.隔热部件23设置于支撑部件22与冷却盘30之间，用于阻止支撑部件22与冷却盘30之间的热交换，防止加热盘10的热量从支撑部件22向冷却盘30传导，导致加热盘10的热量损失，同时也可防止支撑部件22传导的热量对冷却盘30的损坏。具体的，隔热部件23设置于支撑部件22的下表面与冷却盘30的上表面之间，隔热部件23例如是隔热垫。隔热部件23的材质优选为弹性隔热材料，有利于提高支撑部件22与冷却盘30在高温下的连接效果的稳定性，在高温下能缓冲支撑部件22的热膨胀对连接效果的影响。本实施例中，隔热部件23的材质为气凝胶，导热系数例如为0.023w/mk，厚度例如为0.5mm～2mm，实验发现，采用该配置后隔热部件23的效果较佳。
47.优选方案中，弹性部件21与加热盘10之间的接触为点接触。例如，弹性部件21的水平部的下表面具有若干凸起24，如此弹性部件21与加热盘10之间构成点接触，有利于减小加热盘10与固定单元20之间的热传导，减小加热盘10与固定单元20相接触区域与加热盘的其他区域之间的温度差。
48.另外，支撑部件22与加热盘10之间的接触优选为点接触，以减小加热盘10与固定单元20之间的热量损失。具体的，支撑部件22的上表面具有若干凸起24，用于形成支撑部件22与加热盘10之间的点接触。
49.本实施例还提供另一种基板加热装置，如图3所示，在本实施例一的其他基板加热装置中，支撑部件22包括第一支撑部件22a及第二支撑部件22b，第一支撑部件22a与第二支撑部件22b间隔设置。两个隔热部件23(第一隔热部件23a、第二隔热部件23a)以及弹性部件
21。第一支撑部件22a位于加热盘10的下表面下方，用于支撑加热盘10，弹性部件21的水平部位于加热盘10的上表面上方，弹性部件21的竖直部与第二支撑部件22b的上表面连接并用于支撑和固定弹性部件21。通过将支撑部件配置为间隔设置的两部分(第一支撑部件22a及第二支撑部件22b)，在固定单元20与加热盘10的接触面积以及其他不变的条件下，可减小固定单元20与冷却盘30的接触面积以减少固定单元20与冷却盘30的热量损失，以提高加热盘10的温度均匀性。进一步的，隔热部件23包括第一隔热部件23a和第二隔热部件23a，第一隔热部件23a设置于第一支撑部件22a与冷却盘30之间，第二隔热部件23b设置于第二支撑部件22b与冷却盘30之间，以进一步减少支撑部件与冷却盘30之间的热交换。
50.请参照图4，在本实施例中，实现分区加热时，固定单元接触区的设定温度高于非固定单元接触区的设定温度，以提高加热温度的均匀性。
51.具体的，加热盘10包括中心区以及包围中心区的外围区，中心区和外围区实现分区加热，中心区包括第一中心区r1和包围第一中心区r1的第二中心区r2，外围区包括第一外围区和包围第一外围区的第二外围区，其中，固定单元接触区位于第一外围区及第二外围区中，加热盘上除固定单元接触区之外的加热区则为非固定单元接触区，第一中心区r1、第二中心区r2、第一外围区和第二外围区的设定温度依次增高。应理解，愈加靠近加热盘10外围的区域，热量愈加容易从加热盘10的边缘及表面因传导而流失，为使得加热温度均匀，则相应的增高热量易流失区域的设定加热温度。在本实施例中，为实现加热盘10的加热温差在
±
2.5℃以内，将中心区分为两个区(第一中心区r1、第二中心区r2)实现分区加热，若为进一步降低加热盘10的加热温差，提高加热温度的均匀性，则可在此基础上进一步分为更多且更合适的区域进行分区加热。
52.进一步的，每个外围区包括沿其周向分布的直接接触区、间接接触区以及非接触区，每个固定单元20与加热盘10相接触的区域构成一个直接接触区，每个直接接触区的两侧分布有间接接触区，固定单元接触区包括直接接触区和间接接触区，直接接触区、间接接触区以及非接触区实现分区加热，且间接接触区的设定温度大于直接接触区的设定温度，直接接触接触区的设定温度大于非接触区的设定温度。具体的，第一外围区中的直接接触区、间接接触区及非接触区分别为r6区、r5区及r3区，第二外围区中的直接接触区、间接接触区及非接触区分别为r8区、r7区及r4区。例如采用各区表示对应的设定温度，加热盘10的各分区的设定温度可表示为：r7＞r8＞r4，r5＞r6＞r3，r4＞r3＞r2＞r1。特别地，经电脑仿真计算和实际实验均验证得到当间接接触区的设定温度大于直接接触区的设定温度时，对应区的加热温差更小。
53.具体的，加热盘10包括加热壳体以及加热盘10加热器，第一中心区、第二中心区、第一外围区和第二外围区各自设置有对应的加热盘加热器，加热盘加热器可以设置于加热盘壳体内或加热盘壳体的下表面。各个加热区，包括从r1区到r8区，均有加热面与各加热区的形状相匹配的加热盘加热器。加热盘壳体可为刚性的耐高温材料，为便于热量经加热盘10壳体传导至其表面时的均匀性，加热盘壳体的材质优选热传导系数较低的材料，例如陶瓷。加热盘加热器可以为电阻式加热器，例如可以为设置于加热盘壳体下表面的发热片或电阻丝，或者在形成加热盘10壳体时内置于其中并设置成相应形状走线的电阻丝。应理解，外置于加热盘壳体下表面的加热盘加热器虽然整体的热量利用率相对内置于加热盘壳体中的加热盘加热器更低，但配置以及更换加热盘加热器更灵活，因此，具体选择何种加热盘
加热器可结合具体实际情况综合考虑，本技术实施例并不以此为限。
54.进一步的，本技术实施例提供了又一种基板加热装置，如图5所示，该基板加热装置的整体结构与图1和图3所提供的基板加热装置类似，差异在于，固定单元20的支撑部件22上还设置有固定单元加热器25，用于提高固定单元20的支撑部件22的温度，以减小支撑部件22与加热盘10之间的温差，从而降低或避免加热盘10的热量从固定单元20传导而流失。由此，支撑部件22及弹性部件21与加热盘10之间的接触可为面接触，以便于设置。
55.具体的，固定单元加热器25可以为加热丝，设置于支撑部件22中或环绕于支撑部件22的外表面，用于为支撑部件22提供热量。在本实施例中，由于支撑部件22与冷却盘30之间相距较近，仅间隔一较薄的隔热部件23，优选的，固定单元加热器25的设定温度不宜较高，例如小于加热盘10中各分区的最低设定温度，以免损坏冷却盘30。进一步的，还可以将固定单元加热器25设置于支撑部件22更加靠近于加热盘10的一侧，以尽可能远离冷却盘30。
56.可以理解，具体实施时，可降低加热盘20的直接接触区和间接接触区之间的设定温度的差异，甚至在合适的条件下，整个外围区(包括第一外围区、第二外围区)的设定温度可一致，由此而简化加热盘10的加热分区设定。当然，若对温度均匀性要求相对较底(例如
±
10℃)，则可对加热盘10进行更精简的分区加热，例如两个分区加热，甚至不分区加热而是整体加热，在此不予限定。
57.本实施例还提供了一种半导体设备，包括如上所述的基板加热装置，用于对半导体设备中的基板进行加热。在一些具体实施例中，前述的半导体设备为激光退火设备，用于在对基板进行激光退火前的预热，例如预热至400℃至600℃。在另一些具体实施例中，上述半导体设备为键合设备，用于在对基板进行键合前的加热。
58.综上所述，本发明提供的一种基板加热装置及半导体机台具有如下有益效果：
59.1)固定单元位于加热盘的边缘，利用固定单元从加热盘的边缘固定加热盘，能在较小空间内更均匀的固定加热盘，更便于加热盘的动作，有利于提高加热盘的动作速度以及在动作过程中的精度；
60.2)加热盘的中心区与外围区实现分区加热，使外围区的设定温度大于中心区的设定温度，从而减小中心区与外围区的温度差异；
61.3)加热盘的外围区包括沿其周向分布的直接接触区、间接接触区以及非接触区，所述直接接触区、间接接触区以及非接触区实现分区加热，使间接接触区的设定温度大于所述直接接触区的设定温度，使得加热温度均匀性更佳。
62.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。