半导体工艺中使用的夹头加热器-晶圆加热盘
卡盘是半导体加工工具在加工过程中半导体晶片放置在其上的设备的通用术语。卡盘加热器是一种嵌入卡盘中的装置，旨在实现整个卡盘表面的热均匀性，从而实现位于其上的半导体晶片的热均匀性。加热卡盘是半导体腔室设计的一个组成部分。腔室是进行半导体加工的地方。加热卡盘引发或加速半导体晶片或工件上的物理或化学反应。温度控制是许多化学和物理反应中的重要参数；因此，设计良好的热源将提高反应系统的均匀性和稳定性。
有许多卡盘配置。标准热卡盘包括两个主要部分：高电阻加热元件和金属板，金属板用于为易碎的加热晶片提供支撑并有助于均匀分布热量。但是，也有陶瓷卡盘，通常由氧化铝（陶瓷）或氮化铝制成。加热卡盘应用中使用的两种常见类型的加热器是管状和蚀刻箔。
[i] 管状加热器在管内使用介电材料，例如云母，并有一根小线圈穿过它。由于导线的高电阻率，根据 I2R 关系，当电流通过时会产生热量，即焦耳热。然后热能从金属丝传递到陶瓷填料，然后再传递到外管。这些管子通常在夹头加热器内形成环路，其模式类似于厨房电炉。一些常规加热器制造商生产用于半导体加工的高科技版本。一些管状加热元件可以达到 870o C (1600o F) 的温度。蚀刻箔加热系统由迷宫式高电阻箔组成。每片箔片都被粘合剂和介电材料包围，例如聚酰亚胺或云母。
夹头加热器的工程限制
在加热元件本身之后，卡盘的尺寸、形状和材料会显着影响温度分布，如果使用的话，金属板的温度分布也是如此。如果加热元件的热输出不均匀或分布不佳，则可以改变或增加板的厚度以提高均匀性。较厚的板会增加热量在到达板表面之前横向传导的横截面积。板的厚度受到限制，因为增加横截面积会导致板上的表面量增加，从而需要更多的能量输入。在带有管式加热系统的板中，靠近加热元件的区域将比加热元件之间的区域更热。增加板的厚度会使这些热区和冷区不那么明显。其他可能影响板内热均匀性且因此也必须考虑的因素是卡盘加热器的安装、如何监控温度以及如何匹配晶圆处理机制。许多这些限制的产生是因为在板与另一个表面接触的任何地方都会形成一个相对冷的点。即使是需要位于高导热区域的温度传感器，也会对板的传热能力产生影响。 [iii] 许多这些限制的产生是因为在板与另一个表面接触的任何地方都会形成一个相对冷的点。即使是需要位于高导热区域的温度传感器，也会对板的传热能力产生影响。 [iii] 许多这些限制的产生是因为在板与另一个表面接触的任何地方都会形成一个相对冷的点。即使是需要位于高导热区域的温度传感器，也会对板的传热能力产生影响。 [iii]
夹头加热器的设计
作为卡盘加热器设计变化的实验，圣柏林设计了三种可能的加热元件布局。第一个是标准的厨房炉灶设计，从中间开始向外螺旋。虽然这种设计最简单并且加热部分之间的间隙最小，但它并未针对卡盘加热器进行优化，因为它不是在板的中间开始和结束，这是确保热均匀性的设计要求。第二个设计是一系列覆盖板块区域的塔，而第三个是一系列圆圈。这些加热元件中的每一个都使用 3D CAD 软件建模。在发布下一篇博文之前，每个博客都将进行热有限元分析 (FEA)，其主要目标是了解哪种方法可以产生最均匀的热输出。
[i] 圣柏林FC-A00-C “为半导体加工设备设计加热卡盘” 2008
[ii] 圣柏林FC-A00-C “为半导体加工设备设计加热夹头” 2008
[iii] 圣柏林FC-SBL-A00-B“半导体加工用加热器”2013
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