一种加热器及加热系统的制作方法

1.本发明涉及半导体设备，尤其涉及一种加热器及加热系统。


背景技术：

2.在半导体器件制造过程中，尤其是薄膜淀积、刻蚀、光刻等工艺中常使用加热器对晶片进行加热。然而在进行上述工艺的工艺腔中，会周期性通入氨气、氟气等气体进行生产维护以消除工艺过程中产生的污染源。
3.这些消除污染源的清洁气体会对加热器产生腐蚀作用，从而导致加热器的变形。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种加热器及加热系统，以有效避免加热器因清洁气体腐蚀产生的变形。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种加热器。该加热器，包括：加热体以及设在加热体上的导热的承载件；所述承载件为耐腐蚀承载件。
6.与现有技术相比，本发明提供的加热器，基于上述的加热器可知，通过在加热体上设置耐腐蚀承载件，一方面，可以避免加热体直接暴露于具有腐蚀作用的清洁气体中，阻断加热体与清洁气体的化学反应，降低加热体因清洁气体腐蚀而产生变形的几率，达到保护加热体、延长加热体使用寿命的效果，实现降低成本的目的；另一方面，可以避免被加热的晶片与易腐蚀的加热体直接接触，能够降低被加热晶片因加热体变形而产生晶片破损、晶片滑移的几率，提高工艺良品率。
7.本发明还提供一种制造系统。该加热系统包括上述加热器。
8.与现有技术相比，本发明提供的加热系统的有益效果与上述技术方案所述加热器的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
9.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
10.图1为现有技术中工艺腔结构图；
11.图2为现有技术加热器结构示意图；
12.图3为本发明实施例的加热器结构图；
13.图4为本发明实施例的片状结构热导件示意图；
14.图5为本发明实施例的加热器剖面示意图；
15.图6为本发明实施例的加热体与耐腐蚀承载件连接示意图。
16.图1-图6中，1-工艺腔，10-加热器，11-加热体，111-加热面，12-耐腐蚀承载件，12a-夹盘结构，13-热导件，14-壳体，151-第一螺纹孔，152-第二螺纹孔，153-第三螺纹孔，154-第四螺纹孔，161-第一螺钉，162-第二螺钉；20-清洁气体喷口，30-进气口。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.在附图中示出本发明实施例的各种示意图，这些图并非按比例绘制。其中，为了清楚明白的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
19.以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
20.此外，本发明中，“上”、“下”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义，应当能理解到，这些方向性术语是相对概念，它们用于相对的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位变化而相应地发生变化。
21.在半导体器件、半导体芯片、电子设备等制造过程中，晶片或基板暴露于各种工艺腔中，以进行不同的处理工艺。该工艺腔可以为进行光刻的工艺腔。该工艺腔也可以为进行薄膜淀积的工艺腔。该工艺腔还可以为进行刻蚀的工艺腔。当晶片或其他基板在上述工艺腔中进行处理时，使用加热器对晶片或基板进行加热，以使晶片或其他基板能够达到光刻、薄膜沉积、刻蚀等工艺需要的温度。
22.如图1所示，工艺腔1中至少设有加热器10、清洁气体喷口20、进气口30。如图2所示，现有技术中，加热器10通常设有夹盘结构12a用以承载被加热器件。在对晶片或其他基板进行加工前或加工后，氨气、氟气等气体经过进气口30进入工艺腔1，这些气体发生反应生成清洁气体后通过清洁气体喷口20周期性进入工艺腔1内。这些清洁气体用于工作腔的生产维护以消除加工过程中产生的污染源。此处清洁气体一般为腐蚀性比较强的三氟化氯(clf3)、三氟化氮(nf3)、四氟化碳(cf4)等，当然不仅限于此。
23.如图1所示，当清洁气体扩散到整个工艺腔1时，清洁气体不仅清理工艺腔1中存在的污染颗粒，还与加热器10直接接触。但是由于这些清洁气体具有比较强的腐蚀性，因此，加热器10容易被清洁气体腐蚀，甚至导致加热器10变形。例如，当加热器10为铝加热器时，铝加热器的铝离子和氟离子发生反应生成氟化铝(alf3)微粒。这些微粒逸散后，铝加热器因清洁气体的上述腐蚀反应出现凹坑、台阶等现象，从而导致铝加热器的变形。
24.如图3所示，为了解决加热器因清洁气体腐蚀产生变形的问题，本发明实施例提供一种加热器10。该加热器10用于晶片、具有半导体器件的基板或其他基体的加热，当然也可以用于其他需要加热的产品或中间产品。下面以需要加热的中间产品为晶片为例，进行描述。
25.如图3所示，本发明实施例提供的加热器10包括：加热体11以及设在加热体11上的导热的承载件；承载件为耐腐蚀承载件12。
26.如图1、3所示：当加热器10用以加热晶片的时候，加热器10被放置于工艺腔1内，晶片被固定在加热器10的耐腐蚀承载件12上。加热体11产生的热量传递到耐腐蚀承载件12，耐腐蚀承载件12将热量传递到晶片，以实现对晶片的加热。在加热器10对晶片加热前或加热后，工艺腔1内通入清洁气体，当清洁气体扩散到整个工艺腔1时，清洁气体不仅清理工艺腔1中存在的污染颗粒，还与加热器10直接接触。虽然这些清洁气体具有比较强的腐蚀性，但是由于承载件为耐腐蚀承载件12，所以，可以避免清洁气体腐蚀导致的加热器10变形。
27.如图3所示，基于上述的加热器10的结构和使用过程可知，由于加热体11上设置耐腐蚀承载件12，一方面，可以避免加热体11直接暴露于具有腐蚀作用的清洁气体中，阻断加热体11与清洁气体的化学反应，降低加热体11因清洁气体腐蚀而产生变形的几率，达到保护加热体11、延长加热体11使用寿命的效果，实现降低成本的目的；另一方面，可以避免被加热的晶片与易腐蚀的加热体11直接接触，能够降低被加热晶片因加热体11变形而产生晶片破损、晶片滑移的几率，提高工艺良品率。
28.另外，如图3所示，本实施例提供的加热器10，在加热体11上设置耐腐蚀承载件12，还可以避免加热体11腐蚀后产生的微粒污染问题。与图2所示的具有夹盘结构12a的加热器10相比，本发明实施例不会改变加热器10的整体高度，从而可以避免因加热器10高度改变增加改进工艺腔1的工作量。
29.需要说明的是，如图3所示，上述加热体11为氮化铝加热体、铝加热体或铜加热体等金属加热体中的任一种，但不仅限于此。该加热体11可以为电阻式加热体、感应式加热体等，也可以是其它可实现加热功能的加热体11。
30.可以理解的是，加热体11还可以包括加热元件(图中未示出)和壳体14。上述加热面111一侧设置加热元件，另一面放置被加热的晶片。
31.如图3所示，作为一种可能的实现方式，加热体11具有加热面111，耐腐蚀承载件12覆盖加热体11的加热面111。此时，耐腐蚀承载件12不仅可以用以承载晶片等加热对象，还可以避免遗漏，对加热体11的整个加热面111实现保护。此外，加热面111是加热体11的工作面，也是与被加热晶片的接触面，耐腐蚀承载件12仅对加热面111进行覆盖，可以降低成本。
32.如图3所示，在实际应用中，耐腐蚀承载件12在加热面111上的面积不小于加热面111，以使耐腐蚀承载件12能够完全覆盖整个加热面111。应理解，此处耐腐蚀承载件12只要可以实现完全覆盖加热体11的加热面111，防止清洁气体腐蚀加热面111，本发明实施例不对耐腐蚀承载件12的具体形状和结构做限定。
33.例如，耐腐蚀承载件为罩体结构。该罩体结构与加热体形状类似，能够罩住整个加热体。该罩体结构保护加热体结构，使整个加热体可以避免清洁气体的腐蚀，从而降低因更换加热体产生的成本。
34.又例如，耐腐蚀承载件为夹盘结构或片状结构。
35.如图3所示，当耐腐蚀承载件12为夹盘结构时，能够通过夹盘结构方便的实现对被加热晶片的固定。应理解，此处夹盘结构对加热晶片的固定方式是广义上的固定。这些固定方式可以是粘合、机械卡爪等固定方式，当然也可以是真空吸附固定方式，但不仅限于此。在实际应用中，夹盘结构可以为现有技术中任一种能实现覆盖加热体11的加热面111的夹盘结构。示例性的，夹盘结构为盖帽形状。
36.当耐腐蚀承载件为片状结构时，结构简单，对加热器的改进更为便利。例如，只需
制成一具有耐腐蚀功能的薄片，然后安装在加热器的加热面远离加热元件的一面即可。为了实现覆盖加热体的加热面的目的，该片状结构的面积不小于加热体的加热面的面积。例如，片状结构可以是与加热面面积相同的片状结构，也可以是面积大于加热面面积的片状结构。
37.如图3所示，在一些实施例中，耐腐蚀承载件12与加热体11可拆卸式连接。此时，可以很方便的将加热体11和耐腐蚀承载件12拆除，并进行单独的维护和更换，无需对整个结构进行处理或更换，可以进一步节约维护成本。
38.示例性的，上述可拆卸式连接方式可以为紧固件连接、卡扣连接、键连接，当然不仅限于此。例如：当可拆卸式连接为紧固件连接时，可以采用螺纹、螺钉配合的方式连接耐腐蚀承载件和加热体。
39.如图3所示，作为一种可能的实现方式，耐腐蚀承载件12为绝缘导热承载件或表面经过钝化处理的承载件。
40.如图3所示，当耐腐蚀承载件12为绝缘导热承载件时，绝缘导热承载件不仅能起到导热加热晶片的作用，还能起到电介质的作用，避免在耐腐蚀承载件12表面积累静电，从而减少耐腐蚀承载件12表面对于颗粒物的静电吸引，以提高耐腐蚀承载件12的表面清洁度，以减少对晶片的影响。
41.示例性的，当耐腐蚀承载件12为绝缘导热承载件时，耐腐蚀承载件12可以为陶瓷承载件或导热塑料承载件。该陶瓷承载件可以选择导热性较好的氮化物陶瓷承载件或碳化物陶瓷承载件，但不仅限于此。例如，该氮化物陶瓷承载件的材料可以为氮化硅、氮化铝等，当然不仅限于此。又例如，该碳化物陶瓷承载件的材料可以为碳化硅、碳化钛、碳化钨等，当然不仅限于此。上述耐腐蚀承载件12的材料还可以是氧化铝等。
42.导热塑料承载件具有重量轻的特点，因此，不仅能起到耐腐蚀的作用，还能减少耐腐蚀承载件12的重量，从而减轻对耐腐蚀承载件12有支撑作用加热体11的负载。导热塑料承载件还具有成形加工方便，设计自由度高的特点，因此，可以根据导热性能需求和耐腐蚀性能需求进行基体材料和填料的设计，从而获得更为理想的耐腐蚀承载件12。
43.示例性的，制造导热塑料承载件的导热塑料的基体材料为聚碳酸酯(pc)，填料为纤维状高导热碳粉。应理解，导热塑料的种类多种多样，此处仅示例性描述，不仅限于此。
44.如图3所示，当耐腐蚀承载件12为表面经过钝化处理的承载件时，可以对现有的金属承载件进行强氧化剂或电化学氧化等钝化处理，使金属承载件表面生成钝化层转变为耐腐蚀承载件12。此时，仅需对现有的金属承载件进行处理，大大减少了工艺改进的工作量，降低成本的同时可以很好的与现有工艺进行兼容。
45.在一些实施例中，耐腐蚀承载件12包括承载体以及导热塑料；承载体设在加热体11上，导热塑料设在承载体上。
46.上述承载体为实心结构，硬度高，支撑性能好，能够承载较重的加热对象。当耐腐蚀承载件12包括承载体以及导热塑料时，耐腐蚀承载件12不仅能发挥导热塑料轻的特点，减少耐腐蚀承载件的重量；还能发挥承载体支撑性能好的特点，拓宽加热器10可加热对象的重量范围。
47.如图3所示，作为一种可能的实现方式，加热器10还可以包括：热导件13，耐腐蚀承载件12通过热导件13设在加热体11上。在耐腐蚀承载件12和加热体11之间设置热导件13，
可以减少耐腐蚀承载件12和加热体11之间热传导过程的热量损耗，提高热利用率，节约热成本。
48.如图4～6所示，上述热导件13的结构多种多样，可以为片状结构或柱状结构的导热座，但不仅限于此。当然，热导件13还可以为若干管状的结构、环状排布的结构，且不仅限于此。
49.如图5、6所示，在实际应用中，耐腐蚀承载件12通过热导件13设在加热体11上时，可以采用螺钉固定的方式将耐腐蚀承载件12通过热导件13设在加热体11。当然，在实际应用中，还存在其它很多固定方式，此处不在一一列举。
50.如图5、6所示，例如：片状结构的导热座以双螺钉的方式与加热体11和耐腐蚀承载件12连接。具体的，该片状结构的导热座上设有第一螺纹孔151，且耐腐蚀承载件12上的对应位置设有第二螺纹孔152，加热体11的对应位置设有第三螺纹孔153。加热器10还包括第一螺钉161和第二螺钉162，第一螺钉161上设有第四螺纹孔154。第一螺钉161穿过第一螺纹孔151伸入第三螺纹孔153并与第三螺纹孔153紧固连接。第二螺钉162通过第二螺纹孔152伸入第四螺纹孔154并与第四螺纹孔154紧固连接。
51.在一些实施例中，加热体11具有加热面111，热导件13设在加热体11上，热导件13伸出加热面111。
52.当热导件13伸出加热面111时，可以增加热导件13的有效热传导面积，以进一步提高热导件13的热存储和散热能力，从而进一步降低加热体11到耐腐蚀承载件的热量损失，提高热利用率，节约热成本。
53.在一些实施例中，热导件13设在加热面111上，热导件13的边缘开设有沿着热导件13的周向方向分布的多个散热缺口。换句话说，当热导件13的边缘开设有沿着热导件13的周向方向分布的多个散热缺口时，热导件13的边缘实质具有沿着热导件13的周向方向分布的多个翅片。这种热导件13结构类似翅片散热器，具有均匀分布的散热翅片，其对耐腐蚀承载件的热传导更加均匀，且热传导面积更大，可以更大限度的提高热传导，提高热传导效率和热利用率。
54.本发明实施例还提供一种加热系统。该加热系统包括上述加热器。
55.与现有技术相比，本发明实施例提供的加热系统的有益效果与上述技术方案记载的加热器的有益效果相同，在此不做赘述。应理解，该加热系统还可以包括用于向加热器供电的电源。
56.需要说明的是，上述加热系统可以为半导体器件制造、半导体芯片制造、电子设备制造等提供热源，当然不仅限于此。
57.应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术间题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
58.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领
域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。本发明可以借助于包括有不同计算步骤的算法来实现，实施例中列举的简单的算法不应被视为对本发明所要求权利的限制。
59.以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。