加热装置及半导体工艺设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种加热装置及半导体工艺设备。


背景技术：

2.半导体工艺设备在对晶圆进行工艺时，通常需要在高温环境下进行工艺。工艺后的晶圆通常为高温状态(通常在900℃至1200℃)。晶圆在工艺完成后需要通过晶圆传输装置进行传输。在晶圆进行传输时，晶圆传输装置的晶圆承载部是直接与高温的晶圆相接触的部件。晶圆承载部在承载晶圆之前通常在室温环境中，晶圆承载部相对高温的晶圆来说温度相对较低，晶圆承载部与高温的晶圆之间温差相对较大，如果晶圆承载部直接抓取高温的晶圆，由于温差较大会造成晶圆的缺陷和损坏问题。


技术实现要素：

3.本实用新型公开了一种加热装置及半导体工艺设备，以解决晶圆承载部在抓取晶圆时，晶圆承载部与晶圆的温差较大而导致晶圆缺陷或损坏问题。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：
5.第一方面，本技术公开一种加热装置，设置在半导体工艺设备的传输腔室中，用于加热晶圆传输装置的晶圆承载部，所述加热装置包括加热盘、支撑轴、升降驱动机构和密封支撑组件，其中：
6.所述加热盘设置在所述传输腔室内，用于对所述晶圆承载部进行加热；
7.所述支撑轴部分设置在所述传输腔室内，所述支撑轴的一端与所述加热盘连接，用于支撑所述加热盘；
8.所述密封支撑组件设置在所述传输腔室外，所述密封支撑组件包括固定密封块和移动密封块，所述固定密封块套设于所述支撑轴的外侧，所述移动密封块与所述支撑轴的另一端固定密封连接，所述密封支撑组件用于将所述支撑轴与所述传输腔室密封连接；
9.所述升降驱动机构设置在所述传输腔室外，所述升降驱动机构与所述移动密封块连接，用于驱动所述支撑轴沿自身轴线方向移动，以带动所述加热盘升降移动。
10.第二方面，本技术还一种半导体工艺设备，包括第一方面所述的加热装置。
11.本实用新型采用的技术方案能够达到以下技术效果：
12.本技术实施例公开的加热装置通过设置加热盘、支撑轴、升降驱动机构和密封支撑组件，加热盘设置在传输腔室中，支撑轴的部分设置在传输腔室内，密封支撑组件设置在传输腔室外，密封支撑组件将支撑轴与传输腔室密封连接，使得传输腔室在与支撑轴的连接处密封，从而可以保证传输腔室内环境的稳定。
13.通过将支撑轴的一端与加热盘连接，支撑轴的另一端与移动密封块连接，驱动机构与移动密封块连接，使得驱动机构可以通过移动密封块驱动支撑轴带动加热盘升降，从而使得加热盘可以靠近或远离晶圆承载部，进而使得晶圆承载部在等待抓取晶圆的阶段，
驱动机构可以驱动支撑轴带动加热盘上升，加热盘与晶圆承载部的距离靠近，加热盘对晶圆承载部进行加热。在晶圆承载部需要抓取晶圆时，加热盘对晶圆承载部加热结束，驱动机构驱动支撑轴带动加热盘下降，加热盘与晶圆承载部远离，此时，加热后的晶圆承载部与晶圆的温差较小，在晶圆承载部直接与晶圆接触时，不会因晶圆承载部与晶圆的温差较大而造成晶圆缺陷或损伤晶圆，从而有效地避免了晶圆承载部抓取晶圆时由于温差较大而造成晶圆缺陷或损伤晶圆的问题。
附图说明
14.图1为本实用新型实施例公开的半导体工艺设备的结构示意图；
15.图2为本实用新型实施例公开的加热装置的结构示意图；
16.图3为本实用新型实施例公开的加热盘上的导热凸起的结构示意图；
17.图4为本实用新型实施例公开的加热盘上的流体通道的示意图；
18.图5为本实用新型实施例公开的加热装置的工作流程图。
19.附图标记说明：
20.100-传输腔室、
21.200-晶圆传输装置、210-晶圆承载部、220-传输本体、230-夹持部、
22.300-加热装置、
23.310-加热盘、311-流体通道、311a-流体进口、311b-流体出口、312-导热凸起、
24.320-支撑轴、321-第一避让通道、
25.330-密封支撑组件、331-固定密封块、332-移动密封块、
26.340-限位组件、341-第一限位传感器、342-第二限位传感器、343-支撑杆、360-密封胶圈、
27.400-第一流体管道、
28.500-第二流体管道、
29.600-热交换器、
30.700-温度检测组件、710-温度传感器、720-温度传感器信号线、
31.800-波纹管、
32.900-工艺腔室、
具体实施方式
33.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.以下结合附图，详细说明本实用新型各个实施例公开的技术方案。
35.半导体工艺设备在对晶圆进行工艺时，通常需要在高温环境下进行工艺。工艺后的晶圆通常为高温状态(通常在900℃至1200℃)。晶圆在工艺完成后需要通过晶圆传输装置进行传输。在晶圆进行传输时，晶圆传输装置200的晶圆承载部210是直接与高温的晶圆
相接触的部件。晶圆承载部210在承载晶圆之前通常在室温环境下，晶圆承载部210相对高温的晶圆来说温度相对较低，晶圆承载部210与高温的晶圆之间的温差相对较大，如果晶圆承载部210直接抓取高温的晶圆，由于温差较大会造成晶圆的缺陷和损坏问题，从而会使晶圆的合格率降低。
36.为了解决晶圆承载部210在抓取晶圆时，由于晶圆承载部210与晶圆的温差较大而导致晶圆缺陷或损坏问题，本实用新型实施例公开一种加热装置300。所公开的加热装置300设置在半导体工艺设备的传输腔室100中，用于加热晶圆传输装置200的晶圆承载部210。请参考图1至图5，所公开的加热装置300包括加热盘310、支撑轴320、升降驱动机构和密封支撑组件330。
37.加热盘310设置在传输腔室100内，用于对晶圆承载部210进行加热。加热盘310的内部可以开设有流体通道，流体介质可以流经流体通道与加热盘310热交换，以使加热盘310对所述晶圆承载部210加热。加热盘310也可以包括电热丝，电热丝通电后可对晶圆承载部210加热。
38.支撑轴320部分设置在传输腔室100内，支撑轴320的一端与加热盘310连接，用于支撑加热盘310。支撑轴320的另一端穿过传输腔室100伸出至传输腔室100之外。
39.密封支撑组件330设置在传输腔室100外，密封支撑组件330包括固定密封块331和移动密封块332。固定密封块331套设于支撑轴320的外侧，移动密封块332与支撑轴320的另一端固定密封连接，移动密封块332与支撑轴320可以通过密封胶圈360密封。密封支撑组件330用于将支撑轴320与传输腔室100密封连接。固定密封块331可以固定连接于传输腔室100的腔室壁上，且与传输腔室100密封连接，固定密封块331与传输腔室100可以通过密封胶圈360密封。固定密封块331可以密封套设于支撑轴320的外侧，支撑轴320与固定密封块331可以是滑动密封。支撑轴320可以是空心结构，支撑轴320的另一端可以与移动密封块332密封连接，以使支撑轴320的内部与传输腔室100的外部密封隔绝。
40.升降驱动机构设置在传输腔室100外，升降驱动机构与移动密封块332连接，用于驱动支撑轴320沿自身轴线方向移动，以带动加热盘310升降移动。升降驱动机构可以是液压驱动机构、气压驱动机构、形状记忆合金等，这里对升降驱动机构不做具体的限制。
41.晶圆在工艺结束后，晶圆处于高温状态，晶圆需要通过晶圆传输装置200进行传输。晶圆传输装置200的晶圆承载部210是直接与晶圆直接接触的部件，晶圆承载部210在等待阶段时(即等待抓取晶圆的阶段)，驱动机构驱动支撑轴320带动加热盘310上升，加热盘310与晶圆承载部210的距离靠近，加热盘310对晶圆承载部210进行加热。在晶圆承载部210需要抓取晶圆时，加热盘310对晶圆承载部210加热结束，驱动机构驱动支撑轴320带动加热盘310下降，加热盘310与晶圆承载部210远离，此时，加热后的晶圆承载部210与晶圆的温差较小，在晶圆承载部210直接与晶圆接触时，不会因晶圆承载部210与晶圆的温差较大而造成晶圆缺陷或损伤晶圆。
42.本技术实施例公开的加热装置300通过设置加热盘310、支撑轴320、升降驱动机构和密封支撑组件330，加热盘310设置在传输腔室100中，支撑轴320的部分设置在传输腔室100内，密封支撑组件330设置在传输腔室100外，密封支撑组件330将支撑轴320与传输腔室100密封连接，使得传输腔室100在与支撑轴320的连接处密封，从而可以保证传输腔室100内环境的稳定。
43.通过将支撑轴320的一端与加热盘310连接，支撑轴320的另一端与移动密封块332连接，驱动机构与移动密封块332连接，使得驱动机构可以通过移动密封块332驱动支撑轴320带动加热盘310升降，从而使得加热盘310可以靠近或远离晶圆承载部210，进而使得晶圆承载部210在等待抓取晶圆的阶段，驱动机构可以驱动支撑轴320带动加热盘310上升，加热盘310与晶圆承载部210的距离靠近，加热盘310对晶圆承载部210进行加热。在晶圆承载部210需要抓取晶圆时，加热盘310对晶圆承载部210加热结束，驱动机构驱动支撑轴320带动加热盘310下降，加热盘310与晶圆承载部210远离，此时，加热后的晶圆承载部210与晶圆的温差较小，在晶圆承载部210直接与晶圆接触时，不会因晶圆承载部210与晶圆的温差较大而造成晶圆缺陷或损伤晶圆，从而有效地避免了晶圆承载部210抓取晶圆时由于温差较大而造成晶圆缺陷或损伤晶圆的问题。
44.升降驱动机构可以包括电机和丝杠机构，丝杠机构包括丝杆和滑块，电机可以与丝杆驱动连接，以驱动丝杆转动，电机和丝杆可以固定于传输腔室100，滑块可以与移动密封块332连接，滑块套设于丝杆上。在电机驱动丝杆转动时，滑块可以带动移动密封块332沿丝杆的轴线方向移动，以使移动密封块332带动支撑轴320和加热盘310进行移动，进而实现加热盘310的升降。
45.为了使支撑轴320带动加热盘310移动时，加热盘310能够精确的在不同的位置之间切换，一种可选的实施例，加热装置300还可以包括限位组件340，限位组件340可以包括支撑杆343、第一限位传感器341和第二限位传感器342。支撑杆343可以固定连接于固定密封块331上，当然，支撑杆343也可以连接在传输腔室100的腔室壁上。第一限位传感器341和第二限位传感器342沿支撑轴320的移动方向排布于支撑杆343上，第二限位传感器342的位置高于第一限位传感器341的位置，移动密封块332用于触发第一限位传感器341和第二限位传感器342。
46.具体的，在加热盘310对晶圆承载部210加热结束后，驱动机构驱动支撑轴320带动加热盘310下降，加热盘310与晶圆承载部210远离，在下降一定距离后，移动密封块332触发第一限位传感器，加热盘310移动至远离晶圆承载部210的位置，支撑轴停止下降。在加热盘310准备加热晶圆承载部210时，驱动机构驱动支撑轴320带动加热盘310上升时，加热盘310靠近晶圆承载部210，在上升一定距离后，移动密封块332触发第二限位传感器，加热盘310移动至加热位置，支撑轴320停止上升。
47.上述实施例通过设置限位组件340，限位组件340包括支撑杆343、第一限位传感器341和第二限位传感器342，支撑杆343可以固定连接于固定密封块331上，进而使得第一限位传感器341和第二限位传感器342均沿支撑轴320的移动方向排布于支撑杆343上，且第二限位传感器342的位置高于第一限位传感器341，从而使得可以通过移动密封块332触发第一限位传感器341和第二限位传感器342来控制加热盘310的上升和下降的位置，从而使得加热盘310移动的位置更精确。
48.为了使加热盘310对晶圆承载部210的加热更稳定，优选的，加热盘310中可以设置有流体通道311，流体通道311可以用于通入流体介质，以对加热盘310进行加热。通过加热盘310中设置流体通道，使得流体介质通入流体通道311对加热盘310加热，进而使得加热盘310对晶圆承载部210进行加热，根据流体介质的本身特性，流体介质对加热盘310的加热相对更稳定，从而使得加热盘310对晶圆承载部210的加热也更稳定。
49.进一步的，加热装置300还可以包括第一流体管道400、第二流体管道500和热交换器600，流体通道311具有流体进口311a和流体出口311b，热交换器600可以通过第一流体管道400与流体进口311a连通，流体出口311b可以通过第二流体管道500与热交换器600连通，热交换器600、第一流体管道400、流体通道311和第二流体管道500形成封闭环路，热交换器600用于对流体介质加热，流体介质流经流体通道311以加热加热盘310。
50.通过设置第一流体管道400、第二流体管道500和热交换器600，使得热交换器600、第一流体管道400、流体通道311和第二流体管道500可以形成用于流体介质流动的封闭环路，从而使得热交换器600可以加热流体介质，进而使得加热后的流体介质可以流经加热盘310的流体通道311，使得流体介质对加热盘310加热，进而实现加热盘310对晶圆承载部210的加热。由于流体介质本身的特性，流体介质加热加热盘310时加热相对平缓、稳定，可以有效地避免加热盘310温度变化过快或温度不稳定造成对晶圆承载部210的加热不稳定的问题。
51.具体的，热交换器600可以是通过电热丝对流体介质进行加热，通过控制电热丝的加热功率控制流体介质的温度。热交换器600可以通过控制流体介质的流量和流速来控制对加热盘的加热温度。
52.为了使加热盘310的温度满足对晶圆承载部210的加热要求，优选的，加热装置300还可以包括温度检测组件700。温度检测组件700可以包括温度传感器710和温度传感器信号线720，温度传感器710设置在加热盘310上，用于检测加热盘310的实际温度，温度传感器信号线720用于连接温度传感器710和热交换器600，热交换器600用于根据温度传感器710检测到的实际温度控制流体介质的温度，以使加热盘310的温度位于预设温度范围内，预设温度范围可以是加热盘310能够满足对晶圆承载部210加热的温度范围。
53.通过将温度传感器710设置在加热盘310上，温度传感器信号线720连接于温度传感器710和热交换器600上，使得热交换器600可以根据温度传感器710检测到的加热盘310的实际温度控制流体介质的温度，以使加热盘310的温度位于预设温度范围内。当然，温度传感器710也可以通过无线信号传输的方式实现与热交换器600之间的信息交互。
54.进一步的，支撑轴320和移动密封块332分别开设有贯穿自身轴向方向的第一避让通道321和第二避让通道，流体进口311a、流体出口311b和温度传感器710均与第一避让通道321相对设置，第一流体管道400和第二流体管道500依次穿过第二避让通道和第一避让通道321分别与流体进口311a和流体出口311b连通，温度传感器信号线720依次穿过第二避让通道和第一避让通道321将热交换器600与温度传感器710连接。第二避让通道的大小可以与温度传感器信号线720、第一流体管道400和第二流体管道500相适配，以使温度传感器信号线720、第一流体管道400和第二流体管道500在第二避让通道处与移动密封块332密封连接，从而保证第一避让通道321的内部与外部环境密封隔绝。
55.通过在支撑轴320和移动密封块332分别开设有贯穿自身轴向方向的第一避让通道321和第二避让通道，使得流体进口311a、流体出口311b和温度传感器710均与第一避让通道321相对设置，从而使得第一流体管道400和第二流体管道500可以依次穿过第二避让通道和第一避让通道321分别与流体进口311a和流体出口311b连通，温度传感器信号线720可以依次穿过第二避让通道和第一避让通道321将热交换器600与温度传感器710连接，进而使得第一避让通道321和第二避让通道可以对温度传感器信号线720、第一流体管道400
和第二流体管道500进行保护，同时也可以避免在其他地方开设避让通道，例如在传输腔室100的腔室壁上开设避让孔，从而使得传输腔室内的环境相对更稳定。
56.优选的，流体进口311a和流体出口311b均位于加热盘310的中心区域，中心区域可以是环绕加热盘310几何中心的区域，中心区域的边缘到几何中心的距离要小于加热盘310的边缘到几何中心的距离。流体通道311可以包括相连通的第一部分和第二部分，流体进口311a可以设于第一部分，流体出口311b可以设于第二部分，第一部分和第二部分可以间隔排布，且均沿加热盘310的周向环绕设置。第一部分和第二部分可以间隔且并列沿加热盘310的轴向环绕设置。
57.通过将流体进口311a和流体出口311b均设于加热盘310的中心区域，流体通道311设置为相连通的第一部分和第二部分，流体进口311a设于第一部分，流体出口311b设于第二部分，第一部分和第二部分可以间隔排布，且均沿加热盘310的周向环绕设置，即靠近流体进口311a的流体通道311两侧排布的是靠近流体出口311b的流体管道311，靠近流体出口311b的流体通道311两侧排布的是靠近流体进口311a的流体管道311，由于靠近流体进口311a的流体介质的温度相对于靠近流体出口311b的流体介质的温度高，所以上述流体通道311的排布方式可以使流体介质在流体通道311内对加热盘310的加热也更均匀。
58.一种可选的实施例，密封支撑组件330还可以包括波纹管800，波纹管800可以套设于支撑轴320的外侧，且波纹管800两端分别与固定密封块331和移动密封块332连接。
59.由于固定密封块331相对固定，移动密封块332可相对固定密封块331移动，通过将波纹管800套设于支撑轴320的外侧，且波纹管800两端分别与固定密封块331和移动密封块332连接，使得波纹管800可以对支撑轴320的位于传输腔室100之外的部分进行防护，在移动密封块332移动时，波纹管也可以随移动密封块332的移动进行伸缩，从而可以对支撑轴320的位于传输腔室100之外的部分更好的防护，同时也是实现密封支撑组件330发挥其密封功能的一种方式。当然，波纹管800也可以有其它弹性密封筒件代替，例如弹性橡胶筒件。弹性橡胶筒件可以套设在支撑轴320上，弹性橡胶筒件的两端分别与固定密封块331和移动密封块332弹性密封抵接。
60.加热盘310是直接加热晶圆承载部210的部件，在加热前期，加热盘310与晶圆承载部210之间温差较大，如果加热时接触面积较大时会造成晶圆承载部210的形变、损坏等问题。为了提高加热盘310加热晶圆承载部210的可靠性，优选的，加热盘310的背离支撑轴320的端面可以设置有导热凸起312，导热凸起312可以均匀分布于加热盘310上，导热凸起312可以用于承载晶圆承载部210，以加热晶圆承载部210。导热凸起312可以沿加热盘310的中心由内向外环绕、且间隔设置。
61.通过在加热盘310的背离加支撑轴320的一侧设置导热凸起312，使得加热盘310与晶圆承载部210的接触面积减小，从而可以防止大面积接触造成晶圆承载部210的形变、损坏等问题。导热凸起312可以沿加热盘310的中心由内向外环绕、且间隔设置，导热凸起312沿加热盘310的中心由内向外环绕、且间隔设置可以使得加热盘310对晶圆承载部210的加热更均匀。
62.在一些实施例中，加热盘310在加热晶圆承载部210时，加热盘310温度由低到高逐渐升温加热，并不是高温的加热盘310直接加热晶圆承载部210，此时，加热盘310与晶圆承载部210的接触可以是面接触。
63.本技术实施例公开一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备包括上述实施例公开的加热装置300。
64.在一些实施例中，半导体工艺设备还包括工艺腔室900，工艺腔室900与传输腔室100相连，工艺腔室900和传输腔室100之间具有传输通道，传输通道可用于晶圆承载部210传输晶圆。
65.在一些实施例中，晶圆传输装置200还可以包括传输本体220和夹持部230。传输本体220和夹持部230均设于传输腔室100内。传输本体220可以活动地设于传输腔室100内，晶圆承载部210可以通过夹持部230与传输本体220相连。其中，传输本体220可以在传输腔室100内运动，以通过夹持部230带动晶圆承载部210运动，进而实现晶圆承载部210对晶圆的抓取和传输。夹持部230可以具有隔热功能，用于阻隔晶圆承载部210的温度传递至传输本体220。晶圆承载部210可以由石英材料制成。
66.加热装置300具体的工作过程如图5所示，晶圆承载部210在抓取晶圆的准备阶段，升降驱动机构可以驱动支撑轴320带动加热盘310移动，通过移动密封块332触发第二限位传感器时，加热盘310移动至加热位置，升降驱动机构停止工作，加热盘停止移动，热交换器600开始工作，热交换器600加热流体介质，并驱动流体介质流经加热盘310以对加热盘310加热，此时，加热盘310对晶圆承载部210进行加热，通过温度传感器710检测加热盘310的温度是否位于预设温度范围内，在加热盘310温度位于预设温度范围内时，热交换器600停止工作，否则热交换器600继续加热流体介质。在晶圆工艺完成后，加热盘310的温度处于预设温度范围内，此时，升降驱动机构驱动支撑轴320带动加热盘310移动，在移动密封块332触发第一限位传感器时，升降驱动机构停止工作，加热盘停止移动，晶圆承载部210开始抓取晶圆。加热装置300在晶圆传输前对晶圆承载部210加热，使得晶圆在工艺完成后，不再需要降低工艺晶圆的环境温度降低晶圆的温度，通过提前加热好的晶圆承载部210直接抓取晶圆，从而有效地提高了半导体工艺设备工作效率。
67.本实用新型上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
68.上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。