本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造裝備，尤其涉及一種用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺及溫控方法。
背景技術(shù)：
1、在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，晶圓真空鍍膜工藝對溫度控制有著極為嚴(yán)苛的要求。工藝過程中，晶圓溫度的快速升高會直接影響薄膜沉積的均勻性、附著力和結(jié)晶質(zhì)量，進(jìn)而影響器件性能和良率。傳統(tǒng)鍍膜設(shè)備主要采用水冷被動散熱方式，通過銅管循環(huán)冷卻液實現(xiàn)散熱，但該方案存在諸多技術(shù)局限性：
2、1.散熱均勻性不足：受限于銅管的物理布局和折彎半徑限制，冷卻管路難以實現(xiàn)工藝腔面的全覆蓋，導(dǎo)致散熱存在區(qū)域性差異。同時，冷卻液在循環(huán)過程中存在進(jìn)出口溫差(通常達(dá)5-10℃)，進(jìn)一步加劇了散熱不均勻性。
3、2.控溫精度缺陷：現(xiàn)有系統(tǒng)僅能通過調(diào)節(jié)冷卻液流量或溫度進(jìn)行粗放式被動散熱控溫，無法實現(xiàn)±1℃級的高精度動態(tài)調(diào)節(jié)。當(dāng)工藝負(fù)載突變或長時間運(yùn)行時，容易導(dǎo)致晶圓溫度漂移。
4、3.冷凝風(fēng)險：為應(yīng)對高負(fù)載工況而過度降低冷卻液溫度(常需低于10℃)時，外置管路表面易產(chǎn)生冷凝水，不僅影響設(shè)備穩(wěn)定性，還存在電氣短路等安全隱患。
5、4.溫控范圍受限：傳統(tǒng)鍍膜平臺僅支持利用水冷進(jìn)行被動散熱，缺少溫度的高溫控制，難以滿足符合工藝需求。
6、針對上述問題，業(yè)界亟需開發(fā)一種新型一體化溫控平臺及溫控方法，需同時解決以下技術(shù)矛盾：真空環(huán)境下的高效熱傳導(dǎo)與均勻散熱；寬溫度范圍內(nèi)(-20～300℃)的快速響應(yīng)與精確控制；制冷/加熱模式的快速切換。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺及溫控方法，實現(xiàn)工藝腔中晶圓以及腔體內(nèi)部溫度的準(zhǔn)確控制。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺，包括承載晶圓并進(jìn)行晶圓鍍膜的平臺，所述平臺設(shè)置于工藝腔的腔體中，所述平臺頂端封閉以承載晶圓，所述平臺底端形成有容納腔，所述容納腔中從上到下依次設(shè)置有加熱片、制冷片和水冷散熱結(jié)構(gòu)，所述加熱片與所述制冷片對所述平臺進(jìn)行加熱和制冷以控制所述平臺上承載的晶圓以及腔體中的溫度；所述水冷散熱結(jié)構(gòu)給所述制冷片底部的熱端散熱；所述平臺底部設(shè)置有封閉所述容納腔的密封蓋，所述密封蓋的下方密封連接有升降傳動結(jié)構(gòu)，所述升降傳動結(jié)構(gòu)上下移動帶動平臺及其上的晶圓在工藝腔的腔體中上下移動。
4、優(yōu)選地，所述容納腔內(nèi)的頂部設(shè)置有安裝槽，所述安裝槽為多個，多個所述安裝槽沿所述平臺的周向間隔設(shè)置，所述安裝槽整體呈扇環(huán)結(jié)構(gòu)；所述加熱片與所述安裝槽的數(shù)量一致，所述加熱片為與所述安裝槽匹配的扇環(huán)結(jié)構(gòu)，所述加熱片設(shè)置于所述安裝槽中；所述加熱片的頂面設(shè)置有高導(dǎo)熱介質(zhì)層，所述加熱片的底面設(shè)置有低導(dǎo)熱介質(zhì)層。
5、優(yōu)選地，所述制冷片的數(shù)量與所述加熱片的數(shù)量一致，所述制冷片為扇環(huán)結(jié)構(gòu)，所述制冷片設(shè)置于所述加熱片的下方且與所述加熱片錯開設(shè)置，使得所述低導(dǎo)熱介質(zhì)層位于相鄰的所述制冷片之間；所述制冷片的頂面和底面均設(shè)置有高導(dǎo)熱介質(zhì)層。
6、優(yōu)選地，所述水冷散熱結(jié)構(gòu)包括均熱板和銅管，所述均熱板的底面部署有冷卻溝槽，所述銅管沿著所述冷卻溝槽部署。
7、優(yōu)選地，所述均熱板中心設(shè)置有第一中心孔，所述冷卻溝槽的起點(diǎn)與終點(diǎn)均延伸到第一中心孔處。
8、優(yōu)選地，所述冷卻溝槽為并排延伸設(shè)置的兩組，所述銅管為對應(yīng)于兩組所述冷卻溝槽設(shè)置的兩根。
9、優(yōu)選地，所述升降傳動結(jié)構(gòu)包括螺桿，所述螺桿為中空結(jié)構(gòu)，所述螺桿的中心設(shè)置有管道，所述管道中設(shè)置有水冷管路，所述水冷管路連接所述水冷散熱結(jié)構(gòu)。
10、優(yōu)選地，還包括熱電偶，所述熱電偶的檢測頭設(shè)置于所述容納腔內(nèi)的頂部中心的熱電偶固定處；所述熱電偶的線纜經(jīng)由所述管道穿出。
11、優(yōu)選地，所述螺桿的底端活動連接有法蘭，所述法蘭與工藝腔腔體密封連接，所述管道于經(jīng)由所述法蘭連通外部。
12、基于相同的構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺的溫控方法，包括如下步驟：
13、設(shè)定目標(biāo)溫度，判斷目標(biāo)溫度所在的溫度區(qū)間，所述溫度區(qū)間包括低溫區(qū)間、常溫區(qū)間和高溫區(qū)間；
14、根據(jù)目標(biāo)溫度所在的溫度區(qū)間選擇工作模式，根據(jù)選擇的工作模式控制加熱片、制冷片和水冷散熱結(jié)構(gòu)工作，通過熱電偶實時采集平臺溫度，將平臺控制到目標(biāo)溫度；
15、在設(shè)定目標(biāo)溫度發(fā)生變化時，根據(jù)變化后的目標(biāo)溫度所在的溫度區(qū)間調(diào)整工作模式；
16、判斷目標(biāo)溫度變化的差值是否超過設(shè)定閾值，若超過設(shè)定閾值則認(rèn)定需要快速響應(yīng)，根據(jù)熱電偶實時采集的平臺溫度繪制溫度變化曲線，預(yù)測溫度變化是否滿足快速響應(yīng)需求，若不滿足則控制待機(jī)的所述加熱片或所述制冷片工作，實現(xiàn)溫度反向補(bǔ)償。
17、優(yōu)選地，所述工作模式包括低溫工作模式、常溫工作模式和高溫工作模式；所述低溫工作模式時，所述加熱片待機(jī)，所述水冷散熱結(jié)構(gòu)中通入冷卻水，所述冷卻水的溫度為0℃-10℃，所述制冷片施加正向電壓，頂面為冷端，底面為熱端，制冷至目標(biāo)溫度；所述常溫工作模式時，所述加熱片輔助升溫到設(shè)定的第一溫度后待機(jī)，所述水冷散熱結(jié)構(gòu)中通入常溫水，所述制冷片施加正向電壓，頂面為冷端，底面為熱端，制冷至目標(biāo)溫度；所述高溫工作模式時，所述水冷散熱結(jié)構(gòu)不工作，所述制冷片施加反向電壓，頂面為熱端，底面為冷端，輔助升溫至設(shè)定的第二溫度后待機(jī)，所述加熱片加熱至目標(biāo)溫度。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有有益效果。
19、例如，用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺及溫控方法，包括承載晶圓并進(jìn)行晶圓鍍膜的平臺，平臺設(shè)置于工藝腔的腔體中，平臺頂端封閉以承載晶圓，平臺底端形成有容納腔，容納腔中從上到下依次設(shè)置有加熱片、制冷片和水冷散熱結(jié)構(gòu)，加熱片與制冷片對平臺進(jìn)行加熱和制冷以控制平臺上承載的晶圓以及腔體中的溫度；水冷散熱結(jié)構(gòu)給制冷片底部的熱端散熱；平臺底部設(shè)置有封閉容納腔的密封蓋，密封蓋的下方密封連接有升降傳動結(jié)構(gòu)，升降傳動結(jié)構(gòu)上下移動帶動平臺及其上的晶圓在工藝腔的腔體中上下移動；通過加熱片和制冷片實現(xiàn)對平臺和腔體內(nèi)溫度的準(zhǔn)確控制，通過水冷散熱結(jié)構(gòu)實現(xiàn)制冷片熱端的散熱，提高散熱效率。
1.一種用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺，其特征在于，包括承載晶圓并進(jìn)行晶圓鍍膜的平臺，所述平臺設(shè)置于工藝腔的腔體中，所述平臺頂端封閉以承載晶圓，所述平臺底端形成有容納腔，所述容納腔中從上到下依次設(shè)置有加熱片、制冷片和水冷散熱結(jié)構(gòu)，所述加熱片與所述制冷片對所述平臺進(jìn)行加熱和制冷以控制所述平臺上承載的晶圓以及腔體中的溫度；所述水冷散熱結(jié)構(gòu)給所述制冷片底部的熱端散熱；所述平臺底部設(shè)置有封閉所述容納腔的密封蓋，所述密封蓋的下方密封連接有升降傳動結(jié)構(gòu)，所述升降傳動結(jié)構(gòu)上下移動帶動平臺及其上的晶圓在工藝腔的腔體中上下移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺，其特征在于，所述容納腔內(nèi)的頂部設(shè)置有安裝槽，所述安裝槽為多個，多個所述安裝槽沿所述平臺的周向間隔設(shè)置，所述安裝槽整體呈扇環(huán)結(jié)構(gòu)；所述加熱片與所述安裝槽的數(shù)量一致，所述加熱片為與所述安裝槽匹配的扇環(huán)結(jié)構(gòu)，所述加熱片設(shè)置于所述安裝槽中；所述加熱片的頂面設(shè)置有高導(dǎo)熱介質(zhì)層，所述加熱片的底面設(shè)置有低導(dǎo)熱介質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺，其特征在于，所述制冷片的數(shù)量與所述加熱片的數(shù)量一致，所述制冷片為扇環(huán)結(jié)構(gòu)，所述制冷片設(shè)置于所述加熱片的下方且與所述加熱片錯開設(shè)置，使得所述低導(dǎo)熱介質(zhì)層位于相鄰的所述制冷片之間；所述制冷片的頂面和底面均設(shè)置有高導(dǎo)熱介質(zhì)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺，其特征在于，所述水冷散熱結(jié)構(gòu)包括均熱板和銅管，所述均熱板的底面部署有冷卻溝槽，所述銅管沿著所述冷卻溝槽部署。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺，其特征在于，所述均熱板中心設(shè)置有第一中心孔，所述冷卻溝槽的起點(diǎn)與終點(diǎn)均延伸到第一中心孔處。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺，其特征在于，所述冷卻溝槽為并排延伸設(shè)置的兩組，所述銅管為對應(yīng)于兩組所述冷卻溝槽設(shè)置的兩根。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺，其特征在于，所述升降傳動結(jié)構(gòu)包括螺桿，所述螺桿為中空結(jié)構(gòu)，所述螺桿的中心設(shè)置有管道，所述管道中設(shè)置有水冷管路，所述水冷管路連接所述水冷散熱結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺，其特征在于，還包括熱電偶，所述熱電偶的檢測頭設(shè)置于所述容納腔內(nèi)的頂部中心的熱電偶固定處；所述熱電偶的線纜經(jīng)由所述管道穿出所述螺桿的底端活動連接有法蘭，所述法蘭與工藝腔的腔體密封連接，所述管道經(jīng)由所述法蘭連通外部。
9.一種如權(quán)利要求1-8任一項所述的用于晶圓真空鍍膜工藝腔的一體化溫控平臺的溫控方法，其特征在于，包括如下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溫控方法，其特征在于，所述工作模式包括低溫工作模式、常溫工作模式和高溫工作模式；所述低溫工作模式時，所述加熱片待機(jī)，所述水冷散熱結(jié)構(gòu)中通入冷卻水，所述冷卻水的溫度為0℃-10℃，所述制冷片施加正向電壓，頂面為冷端，底面為熱端，制冷至目標(biāo)溫度；所述常溫工作模式時，所述加熱片輔助升溫到設(shè)定的第一溫度后待機(jī)，所述水冷散熱結(jié)構(gòu)中通入常溫水，所述制冷片施加正向電壓，頂面為冷端，底面為熱端，制冷至目標(biāo)溫度；所述高溫工作模式時，所述水冷散熱結(jié)構(gòu)不工作，所述制冷片施加反向電壓，頂面為熱端，底面為冷端，輔助升溫至設(shè)定的第二溫度后待機(jī)，所述加熱片加熱至目標(biāo)溫度。