晶圓蝕刻腔中的加熱板（也稱為加熱盤或溫控基座）是確保蝕刻工藝均勻性和穩定性的關鍵組件。其核心原理是通過精確控制溫度，優化蝕刻反應的熱力學條件，同時避免晶圓受熱不均或過熱損傷。以下是加熱板的工作原理及關鍵技術解析：

一、加熱板的核心功能

維持恒定溫度：

提供穩定的基底溫度（通常20-50℃），防止氣體冷凝或反應速率波動。

補償蝕刻過程中等離子體帶來的熱量變化（如ICP放電產生的溫升）。

均勻加熱：

確保晶圓表面溫度分布均勻（±1℃以內），避免局部蝕刻速率差異。

快速響應：

根據工藝需求（如Bosch工藝的SF?/C?F?交替脈沖）動態調節溫度。

二、加熱板的工作原理

1. 加熱方式

電阻加熱：

通過嵌入加熱板內的金屬絲（如鎳鉻合金）通電產生焦耳熱。

優點：結構簡單、成本低，但需精確控制電流避免局部過熱。

半導體加熱（如硅橡膠加熱器）：

利用半導體材料的電阻溫度特性，實現均勻加熱。

優點：薄型化、柔性貼合晶圓背面，適用于復雜形狀。

熱電偶或紅外輻射加熱：

通過熱輻射或直接接觸傳遞熱量，用于特殊高溫工藝（如深硅蝕刻）。

2. 溫度控制技術

PID閉環控制：

通過熱電偶（如K型或J型）實時監測晶圓溫度，反饋至控制器調節加熱功率。

分區控溫：

將加熱板分為多個獨立區域（如中心區與邊緣區），分別調節功率以補償邊緣散熱更快的問題。

3. 熱傳導與絕緣設計

高導熱材料：

加熱板表面使用銅、鋁或陶瓷（如AlN）作為熱傳導層，確保熱量快速傳遞至晶圓。

隔熱層：

底層采用聚氨酯泡沫或氣凝膠隔絕外部溫度干擾，減少能耗。

熱接觸優化：

晶圓背面涂覆導熱膏（如銀膠），填充微觀空隙以提高熱傳導效率。

4. 冷卻系統

主動冷卻：

通過內部流體通道循環冷卻水（或制冷劑），在加熱停止后快速降溫。

被動散熱：

利用大面積散熱片自然散熱，適用于低功率場景。

三、關鍵設計考慮

1. 均勻性保障

對稱加熱布局：加熱元件呈同心圓或螺旋分布，避免中心與邊緣溫差。

溫度補償算法：根據晶圓位置動態調整各區域功率（如邊緣加熱更強）。

2. 兼容性與污染控制

耐腐蝕材料：加熱板表面鍍防腐蝕層（如陽極氧化鋁），防止氯氣（Cl?）或氟化物（如SF?）腐蝕。

清潔工藝：定期使用RF等離子體清洗加熱板，去除沉積的聚合物或顆粒。

3. 動態工藝適配

快速升溫/降溫：針對脈沖式蝕刻（如Bosch工藝），加熱板需在毫秒級響應溫度變化。

多模式切換：支持恒溫、梯度加熱或周期性變溫（如低溫鈍化+高溫蝕刻交替）。

審核編輯 黃宇