一种喷淋盘控温装置及其薄膜处理装置和温度调节方法与流程

本发明涉及半导体设备领域，具体涉及一种喷淋盘控温装置及其薄膜处理装置和温度调节方法。

背景技术：

1、在半导体器件的制造过程中，常采用等离子刻蚀、物理气相沉积、化学气相沉积等工艺方式对半导体工艺件或晶圆衬底进行微加工。微加工制造的步骤中可以包含等离子体辅助工艺，这种工艺一般在真空反应腔内进行，其中，等离子体辅助工艺中的等离子体刻蚀工艺是将晶圆加工成设计图案的关键工艺。

2、在整个等离子体刻蚀工艺过程中，晶圆处理的反应环境是非常苛刻的，腔内各部件的温度稳定性、腔内工艺气体气流场的均匀性和稳定性以及反应温度的准确性等因素都至关重要，它们直接决定了晶圆表面处理的质量。但是在实际应用时，通常会出现腔内部件温度稳定性难以保证的情况，这可能是由于腔体内的环境变化以及温度传导响应时间过长等因素造成的。例如在工艺过程中经常需要实现射频功率和/或温度的快速转换，当射频从高偏压状态转换为低偏压状态时，由于腔体内等离子体的热效应突然降低，会导致向腔内输送工艺气体的喷淋盘的温度骤降，只能再通过加热装置将喷淋盘加热到预设反应温度，在此射频转换过程中，喷淋盘会经历温度骤降再缓慢回升的过程，其温度起伏较大，不利于喷淋盘的温度稳定性，进而会影响经其传输的工艺气体的温度稳定性，造成腔内工艺气体气流场的不稳定，影响晶圆表面的处理效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种喷淋盘控温装置及其薄膜处理装置和温度调节方法，该喷淋盘控温装置将安装基座、冷却装置、加热装置和温差调节装置相结合，通过将所述温差调节装置设置于所述冷却装置对喷淋盘的冷却传导路径上和/或加热装置对喷淋盘的加热传导路径上，减少了对喷淋盘进行冷却或升温时的温度响应时间，提高了冷却传导路径或加热传导路径中的热传递效率，有助于保证喷淋盘的温度稳定性，减少其在工艺条件变化时的温度波动，进而实现工艺过程中对工艺条件的精确调控，保证晶圆表面的处理效果。

2、为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种喷淋盘控温装置，包含：

4、安装基座，设置于喷淋盘的上方，所述安装基座的底部与所述喷淋盘连接；

5、冷却装置，其用于降低所述喷淋盘的温度；

6、加热装置，其用于向所述喷淋盘提供热量；

7、温差调节装置，其设置于所述冷却装置对所述喷淋盘的冷却传导路径上和/或所述加热装置对所述喷淋盘的加热传导路径上，所述温差调节装置包含第一侧和与第一侧相对的第二侧，调整所述温差调节装置可使其第一侧为放热端第二侧为吸热端，或第一侧为吸热端第二侧为放热端。

8、可选的，所述温差调节装置包含基于珀耳帖效应的热循环器和/或半导体制冷片。

9、可选的，向所述温差调节装置通入第一方向的第一电流，所述温差调节装置的第一侧为吸热端，其第二侧为放热端；向所述温差调节装置通入与第一方向相反的第二方向的第二电流，所述温差调节装置的第一侧为放热端，其第二侧为吸热端。

10、可选的，所述温差调节装置的第一侧和第二侧之间的温差可调节。

11、可选的，所述温差调节装置的第一侧和第二侧之间的温差范围为-60℃～60℃。

12、可选的，所述温差调节装置设置于所述冷却装置和所述加热装置之间，所述冷却装置设置于所述安装基座远离所述喷淋盘的一侧，所述加热装置设置于所述安装基座的上方，所述温差调节装置的第一侧与所述冷却装置热耦合，其第二侧与所述加热装置和所述喷淋盘热耦合。

13、可选的，所述温差调节装置的第一侧与所述加热装置之间的距离大于第二侧与加热装置之间的距离。

14、可选的，所述温差调节装置包含多个热循环器，各个热循环器环绕所述安装基座设置，各个热循环器的间隙内设置有粘结剂和垫片。

15、可选的，对喷淋盘降温时，调整温差调节装置使其第一侧为放热端，第二侧为吸热端，喷淋盘的热量通过安装基座耦合至温差调节装置的第二侧；对喷淋盘升温时，调整温差调节装置使其第一侧为吸热端，第二侧为放热端。

16、可选的，所述加热装置设置于所述安装基座的上方，所述温差调节装置设置于所述加热装置和所述喷淋盘之间，所述温差调节装置的第一侧与所述喷淋盘之间的距离小于第二侧与喷淋盘之间的距离。

17、可选的，所述温差调节装置设置于安装基座内部。

18、可选的，所述安装基座底部开设有凹槽结构，所述温差调节装置设置于所述凹槽结构内。

19、可选的，所述温差调节装置包含多个热循环器，各个热循环器呈圆周状布置。

20、可选的，连接所述喷淋盘与所述安装基座之间的机械紧固装置设置于各个热循环器之间的间隙内；

21、和/或，所述喷淋盘与所述安装基座之间的密封结构设置于各个热循环器之间的间隙内。

22、可选的，对喷淋盘降温时，调整温差调节装置，使其第一侧为吸热端，第二侧为放热端；

23、对喷淋盘升温时，调整温差调节装置，使其第一侧为放热端，第二侧为吸热端。

24、可选的，所述温差调节装置与安装基座之间通过粘结剂连接；

25、和/或，所述温差调节装置与冷却装置之间通过粘结剂连接。

26、可选的，所述安装基座为凹型结构。

27、可选的，本发明还提供一种薄膜处理装置，包含：

28、真空反应腔，其包含腔体和腔体顶盖；

29、所述喷淋盘控温装置，所述喷淋盘控温装置与所述腔体顶盖连接；

30、喷淋盘，其与喷淋盘控温装置的安装基座底部连接。

31、可选的，所述安装基座为凹型结构，其底部位于所述真空反应腔内，所述加热装置设置于所述凹型结构内，所述安装基座的上边缘通过支撑组件安装在所述腔体顶盖上方，所述冷却装置设置于所述安装基座的上边缘处。

32、可选的，一种所述喷淋盘控温装置的温度调节方法，包含：

33、对喷淋盘降温时，启动冷却装置关闭加热装置，调节温差调节装置，使其靠近喷淋盘的一侧为吸热端，远离喷淋盘的一侧为放热端，以提高喷淋盘与冷却装置之间的热传导效率。

34、可选的，还包含：

35、对喷淋盘升温时，启动加热装置，调整温差调节装置，使其靠近喷淋盘的一侧为放热端，远离喷淋盘的一侧为吸热端，以提高加热装置与喷淋盘之间的热传导效率。

36、可选的，向所述温差调节装置通入第一方向的第一电流，所述温差调节装置的第一侧为吸热端，其第二侧为放热端；向所述温差调节装置通入与第一方向相反的第二方向的第二电流，所述温差调节装置的第一侧为放热端，其第二侧为吸热端。

37、本发明与现有技术相比具有以下优点：

38、本发明的一种喷淋盘控温装置及其薄膜处理装置和温度调节方法中，该喷淋盘控温装置将安装基座、冷却装置、加热装置和温差调节装置相结合，通过将所述温差调节装置设置于所述冷却装置对喷淋盘的冷却传导路径上和/或加热装置对喷淋盘的加热传导路径上，减少了对喷淋盘进行冷却或升温时的温度响应时间，提高了冷却传导路径或加热传导路径中的热传递效率，有助于保证喷淋盘的温度稳定性，减少其在工艺条件变化时的温度波动，进而实现工艺过程中对工艺条件的精确调控，保证晶圆表面的处理效果。