均温盘组件、半导体晶圆烘烤设备和晶圆烘烤热辐射补偿方法与流程

本发明涉及半导体加工，特别涉及一种均温盘组件、半导体晶圆烘烤设备和晶圆烘烤热辐射补偿方法。

背景技术：

1、半导体均温加热设备是半导体加工领域重要且关键的设备，要求加热烘烤时晶圆表面各处的温度最大偏差不能低于某个限度，以保证被烘烤的晶圆物理特性的一致性，进而保证晶圆加工的良率。因此，烘烤的均温性至关重要。

2、当前半导体均温加热设备普遍的加热方式是在一个上下柱形的腔体中安装加热盘，并在加热盘的底部安装热源，以为加热盘提供热量。被加工晶圆放在加热盘上方进行烘烤，晶圆的上方是带有通风口的顶盖。烘烤时，晶圆盘面与均温盘面之间一般不直接接触，两者之间存在一定的空隙，空隙一般为0.1mm左右。均温盘的直径一般比晶圆大15％左右。

3、在烘烤晶圆时，均温盘未被晶圆覆盖的区域是一个环形缓冲带。环形缓冲带的作用一方面是为均温盘提供加热缓冲，另一方面是便于限位柱的安装。提供加热缓冲的目的在于：由于均温盘边缘温度下降严重，增大均温盘直径可使低温边缘远离晶圆。这样，晶圆下方投影的均温盘区域温度能够达到基本一致。

4、当前，均温技术人员想方设法地在材料、结构等方面进行均匀化设计，但实际效果差强人意，晶圆烘烤条件下的均匀度难以提高。

技术实现思路

1、发明人研究发现：在不覆盖晶圆的情况下，均温盘的温度已经非常均匀。然而，一旦在均温盘上覆盖晶圆，均温盘上原本均匀的热场被打破。这个现象就是由晶圆覆盖带来的遮热板效应。

2、遮热板效应由发明人首先提出，其含义是指：晶圆本身对均温盘的向上辐射起到了遮挡作用，使得晶圆覆盖范围内的辐射被遮挡，晶圆范围外的辐射直接通过，从而形成相对强散热带。均温盘被遮挡部分温度升高，辐射通过盘体缓冲带部分的温度相对变低，从而拉低了缓冲带附近盘体的温度，使晶圆边缘部分温度低于晶圆中央地带的温度。

3、基于此，本发明提出一种均温盘组件、半导体晶圆烘烤设备和晶圆烘烤热辐射补偿方法，以解决由于遮热板效应导致晶圆受热不足够均匀，影响晶圆烘烤的均温度指标与水平的问题。

4、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种均温盘组件，所述均温盘组件包括：

5、均温盘，包括第一区域和第二区域；

6、热源，热耦合于所述均温盘；

7、热辐射补偿组件，维持晶圆覆盖状态下，所述第一区域施加在晶圆上热辐射的均一度。

8、优选地，所述均温盘的导热耦合面上覆盖有厚度均一的石墨烯层。

9、进一步地：

10、所述第一区域包括以所述均温盘的中心为原点，r1为半径所限定的区域；

11、所述第二区域形成为圆环结构，包括以所述均温盘的中心为原点，r1为内径，r2为外径所限定的区域；

12、优选地，所述第一区域和所述第二区域均为连续非间断。

13、进一步地，所述热源包括电热板；

14、优选地，所述电热板设置在所述均温盘底部且与所述均温盘平行；

15、所述电热板包括：

16、分别热耦合于所述第一区域和所述第二区域的电热线路；

17、或，

18、同一热耦合于所述第一区域和所述第二区域的电热线路；分布在所述第二区域的电热线路密度大于分布在所述第一区域的电热线路密度；优选地，分布在所述第一区域的电热线路与分布在所述第二区域的电热线路对应的功率密度比值为1：2～5；

19、或，

20、分别热耦合于所述第一区域和所述第二区域的电热线路，且晶圆边缘区域对应的电热板的电热线路密度设置为大于晶圆中心区域对应的电热板的电热线路密度；

21、或，

22、同一热耦合于所述第一区域和所述第二区域的电热线路，分布在所述第二区域的电热线路密度大于分布在所述第一区域的电热线路密度，且晶圆边缘区域对应的电热板的电热线路密度设置为大于晶圆中心区域对应的电热板的电热线路密度；优选地，分布在所述第一区域的电热线路与分布在所述第二区域的电热线路对应的功率密度比值为1：2～5。

23、进一步地，所述热辐射补偿组件包括阻热槽；所述阻热槽设置在所述均温盘朝向所述热源的一侧端面上；

24、优选地，所述阻热槽为环形结构且与所述均温盘同心设置；

25、进一步优选地，所述阻热槽的直径为所述第一区域直径的0.65至1.0倍；

26、进一步优选地，所述阻热槽的深度为所述均温盘厚度的五分之二至五分之四。

27、进一步地，所述热辐射补偿组件包括覆盖在所述第二区域上的遮热环和用于固定所述遮热环的限位柱；

28、优选地，所述遮热环的周向外缘与所述第二区域的周向外缘对齐；

29、优选地，所述遮热环的外径为r2，内径略大于r1；

30、进一步优选地，所述遮热环的材质与待加工的晶圆的材质相同；

31、优选地，多个所述限位柱以所述均温盘的轴线为中心旋转对称。

32、进一步地，所述热辐射补偿组件还包括用于架空晶圆的陶瓷垫片；

33、所述陶瓷垫片位于所述遮热环的上端面或上方且部分伸入所述第一区域陶瓷垫片；

34、或，

35、所述陶瓷垫片位于所述遮热环的下端面或下方且部分伸入所述第一区域；

36、优选地，所述遮热环下表面与所述均温盘上表面的间距为h1；所述陶瓷垫片上表面与所述均温盘上表面的间距为h2；其中，h1＝h2；

37、进一步优选地，所述陶瓷垫片的厚度为0.1mm。

38、进一步地：

39、所述第一区域和所述第二区域的表面形成有厚度不一的氧化层；优选地，所述第一区域的氧化层厚度为18μm～40μm，所述第二区域表面的氧化层厚度为2μm；

40、或，

41、所述第二区域的光洁度设置为高于所述第一区域的光洁度；优选地，所述第二区域的光洁度为0.1～0.8，所述第一区域的光洁度为0.8～1.6。

42、本发明第二方面提供一种半导体晶圆烘烤设备，包括：

43、所述的均温盘组件；

44、或，

45、均温盘、热源和顶盖，所述均温盘包括第一区域和第二区域；所述热源热耦合于所述均温盘；所述顶盖朝向所述均温盘的端面上设置有顶盖辐射挡环；所述顶盖辐射挡环限定的区域覆盖在所述第一区域的上方；优选地，所述顶盖辐射挡环与所述第一区域和所述第二区域的分界线对齐；

46、或，

47、顶盖和所述的均温盘组件；所述顶盖朝向所述均温盘的端面上设置有顶盖辐射挡环；所述顶盖辐射挡环限定的区域覆盖在所述第一区域的上方；优选地，所述顶盖辐射挡环与所述第一区域和所述第二区域的分界线对齐。

48、本发明第三方面提供一种晶圆烘烤热辐射补偿方法，包括：阻隔所述第一区域和第二区域之间的热辐射交流。

49、本发明第四方面提供一种晶圆烘烤热辐射补偿方法，该方法包括对所述均温盘采用以下处理方式中的任意一种进行处理：

50、(a)对所述第一区域和所述第二区域进行氧化处理，分别形成辐射率为ε1和ε2的氧化层，其中，ε2＞ε1；

51、(b)对所述第一区域和所述第二区域进行热喷涂处理，分别形成辐射率为ε3和ε4的涂层，其中ε4＞ε3；

52、(c)对所述第一区域和所述第二区域进行pvd处理，分别形成辐射率为ε5和ε6的涂层，其中，ε6＞ε5；

53、(d)对所述第一区域和所述第二区域进行电镀处理，分别形成辐射率为ε7和ε8的涂层，其中，ε8＞ε7；

54、(e)对所述第一区域和所述第二区域进行抛光处理，使得所述第二区域的光洁度高于所述第一区域的光洁度。

55、通过上述技术方案，可以提高第二区域的发热及减少散热，或者说避免了使晶圆边缘部分温度低于晶圆中央地带的温度，解决了由于遮热板效应导致晶圆受热不足够均匀，影响晶圆烘烤的均温度指标与水平的问题。