半導體工藝中使用的夾頭加熱器-晶圓加熱盤
卡盤是半導體加工工具在加工過程中半導體晶片放置在其上的設備的通用術語。卡盤加熱器是一種嵌入卡盤中的裝置，旨在實現整個卡盤表面的熱均勻性，從而實現位于其上的半導體晶片的熱均勻性。加熱卡盤是半導體腔室設計的一個組成部分。腔室是進行半導體加工的地方。加熱卡盤引發或加速半導體晶片或工件上的物理或化學反應。溫度控制是許多化學和物理反應中的重要參數；因此，設計良好的熱源將提高反應系統的均勻性和穩定性。
有許多卡盤配置。標準熱卡盤包括兩個主要部分：高電阻加熱元件和金屬板，金屬板用于為易碎的加熱晶片提供支撐并有助于均勻分布熱量。但是，也有陶瓷卡盤，通常由氧化鋁（陶瓷）或氮化鋁制成。加熱卡盤應用中使用的兩種常見類型的加熱器是管狀和蝕刻箔。
[i] 管狀加熱器在管內使用介電材料，例如云母，并有一根小線圈穿過它。由于導線的高電阻率，根據 I2R 關系，當電流通過時會產生熱量，即焦耳熱。然后熱能從金屬絲傳遞到陶瓷填料，然后再傳遞到外管。這些管子通常在夾頭加熱器內形成環路，其模式類似于廚房電爐。一些常規加熱器制造商生產用于半導體加工的高科技版本。一些管狀加熱元件可以達到 870o C (1600o F) 的溫度。蝕刻箔加熱系統由迷宮式高電阻箔組成。每片箔片都被粘合劑和介電材料包圍，例如聚酰亞胺或云母。
夾頭加熱器的工程限制
在加熱元件本身之后，卡盤的尺寸、形狀和材料會顯著影響溫度分布，如果使用的話，金屬板的溫度分布也是如此。如果加熱元件的熱??輸出不均勻或分布不佳，則可以改變或增加板的厚度以提高均勻性。較厚的板會增加熱量在到達板表面之前橫向傳導的橫截面積。板的厚度受到限制，因為增加橫截面積會導致板上的表面量增加，從而需要更多的能量輸入。在帶有管式加熱系統的板中，靠近加熱元件的區域將比加熱元件之間的區域更熱。增加板的厚度會使這些熱區和冷區不那么明顯。其他可能影響板內熱均勻性且因此也必須考慮的因素是卡盤加熱器的安裝、如何監控溫度以及如何匹配晶圓處理機制。許多這些限制的產生是因為在板與另一個表面接觸的任何地方都會形成一個相對冷的點。即使是需要位于高導熱區域的溫度傳感器，也會對板的傳熱能力產生影響。 [iii] 許多這些限制的產生是因為在板與另一個表面接觸的任何地方都會形成一個相對冷的點。即使是需要位于高導熱區域的溫度傳感器，也會對板的傳熱能力產生影響。 [iii] 許多這些限制的產生是因為在板與另一個表面接觸的任何地方都會形成一個相對冷的點。即使是需要位于高導熱區域的溫度傳感器，也會對板的傳熱能力產生影響。 [iii]
夾頭加熱器的設計
作為卡盤加熱器設計變化的實驗，圣柏林設計了三種可能的加熱元件布局。第一個是標準的廚房爐灶設計，從中間開始向外螺旋。雖然這種設計最簡單并且加熱部分之間的間隙最小，但它并未針對卡盤加熱器進行優化，因為它不是在板的中間開始和結束，這是確保熱均勻性的設計要求。第二個設計是一系列覆蓋板塊區域的塔，而第三個是一系列圓圈。這些加熱元件中的每一個都使用 3D CAD 軟件建模。在發布下一篇博文之前，每個博客都將進行熱有限元分析 (FEA)，其主要目標是了解哪種方法可以產生最均勻的熱輸出。
[i] 圣柏林FC-A00-C “為半導體加工設備設計加熱卡盤” 2008
[ii] 圣柏林FC-A00-C “為半導體加工設備設計加熱夾頭” 2008
[iii] 圣柏林FC-SBL-A00-B“半導體加工用加熱器”2013
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