CN117026219B - 晶圆温度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆温度调节方法，用于晶圆处理设备，晶圆处理设备包含一反应腔，反应腔内设有可旋转的基座，基座包含相对的上表面及下表面，上表面承载有多个晶圆，上表面包含分别与多个晶圆对应的多个第一分区，所述晶圆处理设备设有温度调节装置，所述温度调节装置包括相对所述反应腔固定的调节部，所述调节部面向所述基座并与所述基座保持间隙设置，所述方法包括：基于采集的各晶圆的温度值确认调温参考值；基于所述调温参考值确定待调温区域及所述待调温区域的温度调节幅度；判断所述调节部在所述上表面的正投影是否落到所述待调温区域，若是，基于所述温度调节幅度控制所述调节部对所述待调温区域进行温度调节。

Description

晶圆温度调节方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆温度调节方法。

背景技术

MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition金属有机化学气相沉积)设备主要用于在晶圆表面生长用于发光的晶体结构，例如GaN(氮化镓)。MOCVD设备包含一反应腔，反应腔内设有放置晶圆的基座，通过一驱动装置实现基座绕自身中心轴旋转。基座下方设有加热装置，由基座将加热装置辐射的热量均匀传递给晶圆，使晶圆表面达到工艺所需的温度(通常大于1000℃)。晶圆表面的温度会直接决定晶体结构的生长速度和质量。为保证晶圆加工的良品率，需要精确控制晶圆表面的温度。

基座通常由粉末状的材料(如石墨、碳化硅、氮化硅等)烧结而成。烧结过程中，粉末材料的密度分布不均匀，使得基座各区域的导热性难以避免的存在差异，这会导致同一晶圆各区域之间的温差(也称为片内温差)较大，不同晶圆之间的温差(也称为片间温差)也较大。

晶圆温度会直接决定晶体结构的生长速度和质量。为防止晶圆上生长出的晶体结构存在质量缺陷，保持晶圆温度的均匀性是保证工艺效果的一个重要因素。同时为保证晶圆批量加工的膜厚一致性，在各晶圆达到所要求的温度的前提下，不同晶圆之间温度的一致性也非常重要。

目前的温度调节方法通常是对反应腔内温度进行整体调整，而无法精确调节单个晶圆的温度，更无法按区域调节晶圆温度。如何提供一种温度调节方法，在不影响反应腔内工艺的前提下，按区域调节对应晶圆的温度，减小晶圆的片内、片间温差，是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶圆温度调节方法，在不改变反应腔内现有元件布局的情况下，能够独立地实时调节各晶圆的温度，并能够实时调节晶圆的局部温度，提高了不同晶圆之间温度的一致性以及晶圆表面温度的一致性，保证了晶圆加工的良率。

为了达到上述目的，本发明提供一种晶圆温度调节方法，用于晶圆处理设备，所述晶圆处理设备包含一反应腔，所述反应腔内设有可旋转的基座，所述基座包含相对的上表面及下表面，所述上表面承载有多个晶圆，所述上表面包含与所述多个晶圆对应的多个第一分区，所述晶圆处理设备设有温度调节装置，所述温度调节装置包括相对所述反应腔固定的调节部，所述调节部面向所述基座设置，所述方法包括：

基于采集的各晶圆的温度值确认调温参考值；

基于所述调温参考值确定待调温区域及所述待调温区域的温度调节幅度，所述待调温区域配置为与所述调温参考值差异大于预设阈值的所述的第一分区或者与所述调温参考值差异大于预设阈值的所述第一分区内的局部区域；

判断所述调节部在所述上表面的正投影是否落到所述待调温区域，若是，基于所述温度调节幅度控制所述调节部对所述待调温区域进行温度调节。

可选的，所述调节部配置为面向所述下表面设置的喷嘴结构；所述基于所述温度调节幅度控制所述调节部对所述待调温区域进行温度调节的方法包括：基于所述温度调节幅度控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体。

可选的，所述温度调节装置向所述喷嘴结构输送所述冷却气体的气体管路上设有流控元件，以通过所述流控元件控制自外部冷却气体源流入所述气体管路的冷却气体的流速或流量；所述基座保持均匀转速，所述喷嘴在所述上表面的正投影自进入至离开所述待调温区域的时长为第一时长。

可选的，所述流控元件为通断开关，所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：控制对应的所述通断开关在所述第一时长内处于开通状态的第二时长；所述第二时长随所述温度调节幅度的增加而增加。

可选的，所述流控元件为通断开关，所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：控制对应的所述通断开关在所述第一时长内的占空比；所述占空比随所述温度调节幅度的增加而增大。

可选的，所述流控元件为流量阀；所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：控制对应的所述流量阀在所述第一时长内处于打开状态的第三时长；当所述流量阀处于打开状态时，其具有设定的阀开度；所述第三时长随所述温度调节幅度的增加而增加。

可选的，所述流控元件为流量阀；所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：控制对应的所述流量阀在所述第一时长内的阀开度；所述阀开度随所述温度调节幅度的增加而增大。

可选的，所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：所述喷嘴持续稳定地向所述下表面提供冷却气体；所述喷嘴在所述上表面的正投影自进入至离开待调温区域的过程中，所述基座具有第一转速；所述喷嘴在所述上表面的正投影在非待调温区域内，所述基座具有第二转速；所述第二转速大于所述第一转速，所述第一转速随所述温度调节幅度的增加而减小。

可选的，所述调节部配置为面向所述上表面设置的窗口加热结构；所述基于所述温度调节幅度控制所述调节部对所述待调温区域进行温度调节的方法包括：基于所述温度调节幅度控制所述窗口加热结构向该待调温区域输送热量。

可选的，所述温度调节装置包括能够使所述窗口加热结构在屏蔽所述窗口区域、局部屏蔽所述窗口区域及不屏蔽所述窗口区域之间活动的阻挡件；所述基于所述温度调节幅度控制所述调节部对所述待调温区域进行温度调节的方法包括，基于所述温度调节幅度，控制所述窗口区域的面积大小，以控制窗口加热结构向该待调温区域输送热量的多少。

可选的，所述确认调温参考值的方法包括，设置所有晶圆的各自平均温度中的最小值为调温参考值；所述基于所述调温参考值确定待调温区域及所述待调温区域的温度调节幅度的方法包括，对比单个所述晶圆整体的平均温度与所述调温参考值的差值，若所述差值大于预设阈值，则确定该所述晶圆为需调温晶圆，所述需调温晶圆对应的所述第一分区配置为所述待调温区域，所述差值配置为所述温度调节幅度。

可选的，每个晶圆包括多个子区域，所述子区域包含圆盘形的中心区域和与所述中心区域同心并沿晶圆的径向依次排开的多个环形区域；所述确认调温参考值的方法包括，设置多个子区域的各自平均温度中的最小值为调温参考值；所述基于所述调温参考值确定待调温区域及所述待调温区域的温度调节幅度的方法包括，对比当前晶圆的当前子区域的平均温度与所述调温参考值的差值，若所述差值大于预设阈值，则确定该子区域为需调温区域，所述需调温区域对应的所述第一分区内的局部区域配置为所述待调温区域，所述差值配置为所述温度调节幅度。

可选的，所述确认调温参考值的方法包括，设置所有晶圆的各自平均温度中的最大值为调温参考值；所述基于所述调温参考值确定待调温区域及所述待调温区域的温度调节幅度的方法包括，对比单个所述晶圆整体的平均温度与所述调温参考值的差值，若所述差值大于预设阈值，则确定该所述晶圆为需调温晶圆，所述需调温晶圆对应的所述第一分区配置为所述待调温区域，所述差值配置为所述温度调节幅度。

可选的，每个晶圆包括多个子区域，所述子区域包含圆盘形的中心区域和与所述中心区域同心并沿晶圆的径向依次排开的多个环形区域；所述确认调温参考值的方法包括，设置多个子区域的各自平均温度中的最大值为调温参考值；所述基于所述调温参考值确定待调温区域及所述待调温区域的温度调节幅度的方法包括，对比当前晶圆的当前子区域的平均温度与所述调温参考值的差值，若所述差值大于预设阈值，则确定该子区域为需调温区域，所述需调温区域对应的所述第一分区内的局部区域配置为所述待调温区域，所述差值配置为所述温度调节幅度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明的温度调节方法基于采集的各晶圆的温度值确定基座上表面的待调温区域(可以是第一分区，或者第一分区内与需调温晶圆的局部对应的区域)，以及待调温区域的温度调节幅度，并基于温度调节幅度控制喷嘴实时且独立地向待调温区域提供冷却气体，或基于所述温度调节幅度控制所述窗口加热结构实时且独立地向该待调温区域输送热量，实现调节晶圆整体的平均温度和局部温度，提高了不同晶圆之间温度的一致性和晶圆表面温度的一致性，保证了晶圆加工的良率。

2)本发明在基座保持均匀转速的情况下，通过流控元件(通断开关或流量阀)控制自喷嘴流出的冷却气体的流速或流量，并基于待调温区域的位置信息触发流控元件工作，调节方法简单多样(包括调节通断开关处于开通状态的时长、通断开关的占空比、流量阀处于打开状态的时长、流量阀的阀开度等)，且易于实现。其中，基于通断开关的占空比、流量阀的阀开度调节晶圆温度时，还可以使得待调节区域的温度变化更为均匀。

3)本发明在喷嘴的气体管路不设置流控元件的情况下，基于待调温区域的位置信息和温度调节幅度控制基座的转速，以控制喷嘴向待调温区域提供的冷却气体的流量。由于无需设置高精度的流控元件，减少了晶圆加工的经济成本。

4)本发明另外的实施例中，可以通过设置能够使所述窗口加热结构在屏蔽所述窗口区域、局部屏蔽所述窗口区域及不屏蔽所述窗口区域之间活动的阻挡件，即通过控制所述窗口区域的面积大小，以控制窗口加热结构向该待调温区域输送热量的多少，以用另一种方式快速响应温度调节的需要。

5)本发明无需改变反应腔内现有元件的布局，大大节约了晶圆加工的经济成本，并且不会干扰反应腔内工艺气体的流场。

附图说明

为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为一种晶圆处理设备的示意图；

图2为本发明的晶圆处理设备的示意图；

图3为本发明实施例一中，喷嘴与晶圆在基座的仰视视角下的示意图；

图4为本发明的晶圆温度调节方法的流程图；

图5为另一个实施例中，喷嘴与晶圆在基座的仰视视角下的示意图；

图6为本发明实施例一中，向待调温区域提供冷却气体时，通断开关处于开通状态的第二时长的示意图；

图7为另一个实施例中，喷嘴与晶圆在基座的仰视视角下的示意图；

图8为本发明实施例二中，向对应的第一分区提供冷却气体时，通断开关的占空比示意图；

图9为本发明实施例三中，喷嘴与晶圆在基座的仰视视角下的示意图；

图10为本发明实施例三中，向待调温区域提供冷却气体时，对应流量阀处于打开状态的第三时长的示意图，

图11为本发明实施例四中，向待调温区域提供冷却气体时，自对应的喷嘴流出的冷却气体的流速示意图；

图12为本发明实施例五中，基座的旋转速度示意图；

图13为本发明的晶圆处理设备另一实施方式的示意图。

具体实施方式

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做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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1是一种晶圆处理设备1的示意图，该晶圆处理设备1用于使薄膜沉积或生长在晶圆W上，其包含一反应腔10。反应腔10包括大致为圆柱形的反应腔侧壁101和腔室盖102。反应腔10内设有基座103，沿基座103的周向方向，在基座103的上表面设有多个用于放置晶圆W的晶圆承载部件104。基座103的下方设有加热装置，由基座103将加热装置辐射的热量传递给晶圆承载部件104和晶圆W，使晶圆表面达到工艺所需的温度(通常大于1000℃)。

工艺气体通过腔室盖102中心的进气装置105注入到反应腔10内，并水平流过待处理晶圆W的上表面。通过旋转轴108驱动基座103带动晶圆承载部件104旋转，并驱动晶圆承载部件104自转，使不同晶圆上表面的气流环境趋于一致。工艺气体在特定温度下反应并沉积在晶圆W上形成所需材料的薄膜，晶圆表面的温度决定了材料沉积的速率。未来得及发生反应的工艺气体及反应副产物自反应腔侧壁的抽气口(图1中未示出)排出反应腔10。

加热装置通常使用感应线圈106，通过感应线圈106内的交变电流产生一个方向往复变化的磁场，进而该磁场会在基座表面形成一个变化的电场，该电场会在基座103内形成涡流，从而使得基座103发热。基座103将产生的热量传递给晶圆W，使晶圆W达到工艺要求的温度。感应线圈106所产生的磁场在基座103处并不能均匀分布(此为公知常识，在此不做赘述)，导致基座103热量分布的均匀性差。即使调整感应线圈106的位置(例如改变相邻匝感应线圈106之间的距离)也无法独立地按区域调整基座103的温度。

另一方面，基座103由粉末状的材料(如石墨)烧结而成。烧结过程中，粉末材料的密度分布不均匀，不可避免的使得基座103各区域的导热性差异较大，导致不同晶圆W的表面温差(片间温差)也较大、不同晶圆表面生长的薄膜厚度不一致。

由于感应线圈106的磁场分布差异及基座103各区域的导热性差异，基座103旋转时，在基座103的径向方向上，基座表面的温差较大。导致在晶圆W的径向方向上，晶圆表面的温差也较大、晶圆表面缺陷变多。

根据测量结果，不同晶圆W之间的最大片间温差值、晶圆W的最大片内温差值通常超过5℃，而期望的温差值小于1℃。本发明的晶圆温度调节方法，在基座103各区域温差较大的情况下，无需改变反应腔10内现有元件布局，能够独立地按区域调节各晶圆W的温度，提高了晶圆表面温度的一致性和不同晶圆W之间温度的一致性，保证了晶圆加工的良率。

为了达到上述目的，本发明提供一种晶圆温度调节方法，用于如图2所示的晶圆处理设备2。晶圆处理设备2包含一反应腔20，反应腔20内设有可旋转的基座203及位于基座下方的加热装置。图2中的加热装置为由内向外呈螺旋状均匀排布的感应线圈206。其他实施例中的加热装置也可以是加热灯，本发明中不做限制。

基座203包含相对的上表面2031及下表面2032，上表面2031承载有多个用于放置晶圆W的晶圆承载部件204，晶圆承载部件204随基座203一起旋转的同时还能够自转。如图3所示，基座203包含与多个晶圆W对应的多个扇环形的第一分区21。

晶圆处理设备2设有温度调节装置，该温度调节装置包括相对反应腔20固定的调节部，调节部面向基座203设置，并且与基座203之间保持间隙。

实施例一

如图2所示，晶圆处理设备2设有面向下表面2032的喷嘴230(喷嘴230的数量本发明中不做限制)，喷嘴230采用不能产生电感效应的材质制造(例如可以采用陶瓷材质)，防止被电磁感应加热而损坏。各喷嘴230通过独立的气体管路208连通外部冷却气体源207。在本实施例中，调节部为喷嘴230，该温度调节装置通过喷嘴230向基座203的下表面2032提供冷却气体，以降低该喷嘴230的出气部分正对的下表面2032的对应区域的温度，以间接实现对晶圆区域的温度的调节。

如图4所示，本发明的晶圆温度调节方法包括步骤：

S1、基于采集的各晶圆W的温度值确认调温参考值。

基于晶圆W的温场分布，沿晶圆W的径向方向，晶圆W被虚拟划分为多个晶圆区域(子区域)。本实施例中，如图3所示，晶圆W被虚拟划分为圆盘形的中心区域W_1和围绕在中心区域外周的边缘区域W_2。图4中，边缘区域W_2的个数仅作为示例，不作为本发明的限制。且不同晶圆W的中心区域W_1的半径可以不同。每个晶圆的多个子区域(上述晶圆区域)同心并沿晶圆的径向依次排开。

本发明中根据采集的各晶圆W的温度分布(包含晶圆W各区域的温度值)设置调温参考值，该调温参考值可以是所有晶圆的各自平均温度中的最小值。

S2、基于调温参考值确定位于第一分区21内的待调温区域，以及待调温区域的温度调节幅度。

本实施例中，对比单个晶圆W整体的平均温度(中心区域W_1温度与边缘区域W_2温度的平均值)与调温参考值的差值，若差值大于预设阈值(例如0.5℃，此仅作为示例)，则确定该晶圆W为需调温晶圆，需调温晶圆对应的第一分区21配置为待调温区域，该差值配置为该第一分区21的温度调节幅度。

本实施例中以对图3中的晶圆Wa、Wb、Wc、Wd进行温度调节为例。晶圆Wa整体的平均温度与调温参考值的差值小于预设阈值，晶圆Wb、Wc、Wd整体的平均温度与调温参考值的差值分别1℃、3℃、1.5℃。与晶圆Wb、Wc、Wd对应的第一分区21b、21c、21d作为待调温区域，第一分区21b、21c、21d的温度调节幅度分别为1℃、3℃、1.5℃。

S3、判断喷嘴230在上表面2031的正投影是否落到待调温区域，若是，基于温度调节幅度控制喷嘴230向该待调温区域提供冷却气体。

本实施例中，喷嘴230的数量为1个。喷嘴230的顶部设有沿平行于基座径向方向的第一方向分布的多个出气口2301。在基座203旋转时，喷嘴230在上表面2031的正投影相对于基座203具有一个运动路径。本实施例中，喷嘴230的运动路径完全覆盖第一分区21。在另一个实施例中，如图5所示，喷嘴230的运动路径覆盖第一分区21的自其内缘起或自其外缘起一半或一半以上的区域。

如图2所示，各气体管路208分别设有一个流控元件209，控制装置251通过流控元件209控制自外部冷却气体源207流入对应气体管路208的冷却气体的流速或流量，从而实现独立控制各喷嘴230工作。本实施例中的流控元件209为通断开关。

本实施例中，基座203始终保持均匀转速，喷嘴230在上表面2031的正投影自进入至离开待调温区域的时长为第一时长(例如10s，此仅作为示例)。本实施例中，通过控制通断开关在第一时长内处于开通状态的第二时长，实现控制喷嘴230向待调温区域提供冷却气体。其中，第二时长随温度调节幅度的增加而增加。

请参考图3，随着基座203的旋转，当喷嘴230在上表面2031的正投影落到第一分区21a时，通断开关关闭，喷嘴230不向下表面2302提供冷却气体。当喷嘴230在下表面2032的正投影落到第一分区21b、21c、21d时，如图6所示，通断开关处于开通状态的第二时长分别为t1、t2、t3，本实施例中t1、t2、t3分别为2s、6s、3s(此仅作为示例)。通过喷嘴230向下表面2032提供冷却气体以调节第一分区21b、21c、21d的温度，实现独立、实时调节晶圆Wb、Wc、Wd的温度。在晶圆Wb、Wc、Wd自转的配合下，喷嘴230的调节效果遍及整个晶圆Wb、Wc、Wd，最终使得晶圆Wb、Wc、Wd整体的平均温度值与调温参考值的差值小于上述预设阈值，提高不同晶圆W之间温度的一致性。

在另一个实施例中，第一分区21a为待调温区域，且沿基座周向方向排布有两个喷嘴230a、230b。如图7所示，当喷嘴230a在上表面2031的投影落在第一分区21a内，喷嘴230a在整个第一时长内持续向第一分区21a提供冷却气体。喷嘴230a在上表面2031的投影离开第一分区21a时，晶圆Wa整体的平均温度值与调温参考值的差值仍大于上述预设阈值。随着基座203的旋转，当喷嘴230b在上表面2031的投影落在第一分区21a内，继续通过喷嘴230b向第一分区21a提供冷却气体。与喷嘴230a、230b对应的通断开关的第二时长分别为10s、5s(此仅作为示例)。该实施例中基于待调温区域的位置信息触发喷嘴230a、230b(在其他实施例中，喷嘴数量可以多于两个，此仅作为示例)独立工作，使得基座203自转一周的时间内，能够多次对同一待调温区域进行温度调节，有效提高了调节效率。

如图2所示，本发明中，喷嘴顶面与下表面2032之间具有一个间隙(小于5mm)，自各出气口流出的冷却气体通过该间隙沿着基座径向方向水平流动至基座边缘，然后从基座203与挡板217之间的缝隙流入反应腔侧壁201的抽气口(图2中未示出)，最后自出气口排出至反应腔外部。由于冷却气体不会进入基座上方的反应区域，因而不会干扰反应区域内工艺气体的流场，不会影响晶圆W的处理过程。并且，本发明无需改变反应腔内现有元件的布局，大大节约了晶圆加工的经济成本。

实施例二

与实施例一相比，本实施例的区别在于，通过控制通断开关在第一时长内的占空比，实现控制喷嘴230向待调温区域提供冷却气体。通断开关的占空比随温度调节幅度的增加而增大。

通断开关在第一时长内以频率H(与占空比对应)间歇性开启，通过调节通断开关的占空比来调节喷嘴230在第一时长内向待调温区域提供冷却气体的总时长。如图8所示，当喷嘴230在下表面2032的正投影落到第一分区21b、21c、21d时，通断开关的占空比分别为0.2、0.6、0.3，通断开关开通的总时长约为2s、6s、3s，最终使得晶圆Wb、Wc、Wd整体的平均温度值与调温参考值的差值小于上述预设阈值。与实施例一相比，本实施例的调节方法可以使得待调节区域的温度变化更为均匀。

实施例三

本实施例中，分别对比单个晶圆W的多个子区域的各自平均温度与调温参考值的差值，若该差值大于预设阈值，则确定该子区域为需调温晶圆的局部。对应第一分区21内与需调温晶圆的局部对应的区域配置为待调温区域，对应的差值配置为待调温区域的温度调节幅度。在优选的实施方式中，调温参考值设置为多个子区域的各自平均温度中的最小值。

如图9所示，本实施例中，晶圆W被虚拟划分为中心区域W_1和边缘区域W_2(在其他实施例中，边缘区域W_2的个数也可以多于1个，此仅作为示例)。第一分区21包含与其同心的第一扇环211和第二扇环212。第一扇环211自第一分区21的外缘向第一分区21的内缘延伸，或者第一扇环211自第一分区21的内缘向第一分区21的外缘延伸。第二扇环212位于第一分区的中心，晶圆W的中心区域W_1落在第二扇环212内。

如图9所示，本实施例中沿基座203的周向方向设有多个喷嘴。部分喷嘴230在上表面2031的正投影的运动路径覆盖第一扇环211，用于对晶圆W的边缘区域W_2进行调温。其余喷嘴230在上表面2031的正投影的运动路径覆盖第二扇环212，用于对晶圆W的中心区域W_1进行调温。

本实施例中仍以对晶圆Wa、Wb、Wc、Wd的温度调节为例，晶圆Wa的中心区域W_1、边缘区域W_2与调温参考值的差值均小于预设阈值，无需对晶圆Wa调温。晶圆Wb的中心区域W_1、晶圆Wc的边缘区域W_2、晶圆Wd的中心区域W_1的温度与调温参考值的差值均超过预设阈值，分别1℃、3℃、1.5℃。第一分区21b内与晶圆Wb的中心区域W_1对应的圆盘形区域、第一分区21c内与晶圆Wc的边缘区域W_2对应的环形区域、第一分区21d内与晶圆Wd的中心区域W_1对应的圆盘形区域均作为待调温区域。位于第一分区21b、21c、21d内的待调温区域的温度调节幅度分别为1℃、3℃、1.5℃。

本实施例中的流控元件209为流量阀，通过控制对应的流量阀在第一时长内处于打开状态的第三时长，实现控制喷嘴230向待调温区域提供冷却气体。当流量阀处于打开状态时，其具有设定的阀开度(也即自喷嘴230流出的冷却气体具有设定的流速)，第三时长随温度调节幅度的增加而增加。

当基座203旋转至如图9所示的位置，喷嘴230a在上表面2031的投影落在第一分区21内，与喷嘴230a对应的流量阀处于关闭状态，喷嘴230a不向下表面2032提供冷却气体。喷嘴230b、230c、230d在上表面2031的投影分别落在第一分区21b、21c、21d内的待调温区域，喷嘴230b、230c、230d向下表面2032提供冷却气体。在晶圆Wb、Wc、Wd自转的配合下，喷嘴230b、230c、230d的调节效果遍及晶圆Wb的中心区域W_1、晶圆Wc的边缘区域W_2、晶圆Wd的中心区域W_1。

图10中的区域1、2、3、4分别表示第一分区21a、21b、21c、21d内，与晶圆Wa的边缘区域W_2、晶圆Wb的中心区域W_1、晶圆Wc的边缘区域W_2、晶圆Wd的中心区域W_1对应的区域。如图10所示，喷嘴230a、230b、230c、230d向区域1、2、3、4提供冷却气体的时长(也即喷嘴230a、230b、230c、230d对应的流量阀处于打开状态的第三时长)分别为0、t1、t2、t3，其中t2>t3>t1。

本实施例中能够独立调节各晶圆区域的温度，大大提高了晶圆表面温度的一致性，保证了晶圆加工的良率。

在另一个实施例中，沿平行于基座径向方向的第一方向排布有至少两个喷嘴230，能够同时调节同一晶圆W的多个晶圆区域的温度，进一步提高了调节效率。

实施例四

本实施例中的流控元件209仍为流量阀。与实施例三不同的是，本实施例中通过控制对应的流量阀在第一时长内的阀开度，实现控制喷嘴230向对应的待调温区域提供冷却气体。流量阀的阀开度随待调温区域的温度调节幅度的增加而增大。

喷嘴230b、230c、230d在对应的第一时长内持续向下表面2032提供冷却气体。与喷嘴230c、230d、230b对应的流量阀的阀开度依次减小。易于理解的，阀开度越小，自对应喷嘴230流出的冷却气体的流速也越小。向区域1、2、3、4提供的冷却气体的流速如图11所示。由于晶圆Wa的温度无需调整，因此喷嘴230a对应的流量阀的阀开度为零，不向区域1提供的冷却气体。

实施例五

上述实施例一至实施例四，均在基座203保持均匀转速的情况下，通过流控元件209(通断开关或流量阀)控制自喷嘴230流出的冷却气体的流速或流量，并基于待调温区域的位置信息触发流控元件209工作，实现调节晶圆W整体的平均温度或各晶圆区域的温度，调节方法简单多样且易于实现。

本实施例中喷嘴230的数量为1个，在喷嘴230的气体管路208不设置流控元件209。喷嘴230持续稳定地向下表面2032提供冷却气体(喷嘴230为常开型喷嘴)，通过控制基座203的转速，实现控制喷嘴230向待调温区域提供冷却气体。

本实施例中，喷嘴230在下表面2032的正投影自进入至离开待调温区域的过程中，基座203具有第一转速。喷嘴230在下表面2032的正投影在非待调温区域内，基座203具有第二转速。第二转速大于第一转速，且第一转速随温度调节幅度的增加而减小。本实施例中由于无需设置流控元件，减少了晶圆加工的经济成本。

本实施例中仍以图3为例，第一分区21b、21c、21d作为待调温区域，温度调节幅度分别为1℃、3℃、1.5℃(此仅作为示例)。基座203的旋转速度如图12所示，当喷嘴230在上表面2031的投影落在第一分区21a内，基座203具有第二转速。当喷嘴230在上表面2031的投影落在第一分区21b、21d、21c内，基座203的转速(小于第二转速)依次降低。

实施例六

如图13所示，与上述实施例一到五不同的是，本实施例调节部配置为面向上表面2031设置的窗口加热结构230’。温度调节装置通过该窗口加热结构230’向上表面2031输送热量，以增加与窗口加热结构230’的窗口区域正对的上表面2031的局部区域的温度，以直接实现对晶圆区域的温度的调节。与实施例一同样的，在确定晶圆的待调温区域和温度调节幅度后，基于该温度调节幅度控制调节部对所述待调温区域进行温度调节。即，基于该温度调节幅度控制所述窗口加热结构230’向该待调温区域输送的热量。

具体地，本实施例中的温度调节装置包括能够使窗口加热结构230’在屏蔽上述窗口区域、局部屏蔽窗口区域及不屏蔽窗口区域之间活动的阻挡件(未图示)。更具体地，基于温度调节幅度，控制窗口区域的面积大小，以控制窗口加热结构230’向该待调温区域输送热量的多少。

与实施例一到实施例五不同的是，在确定调温参考值时，设置所有晶圆的各自平均温度中的最大值为调温参考值。

本实施例中以对图3中的晶圆Wa、Wb、Wc、Wd进行温度调节为例。因所有晶圆的各自平均温度中的最大值为调温参考值，所以此时晶圆Wc的温度实际为调温参考值，晶圆Wc整体的平均温度与调温参考值的差值小于预设阈值，晶圆Wa、Wb、Wd整体的平均温度与预设阈值的差值分别3℃、2℃、1.5℃(即，Wa、Wb、Wd需要分别加热3℃、2℃、1.5℃才能达到调温参考值)。与晶圆Wa、Wb、Wd对应的第一分区21a、21b、21d作为待调温区域，第一分区21a、21b、21d的温度调节幅度分别为3℃、2℃、1.5℃。

具体调整时，当窗口加热结构230’在上表面2031的正投影在待调温区域时，控制窗口区域的不同屏蔽比例来达到不同温度调节幅度的效果，比如，需要调节3℃时，屏蔽该窗口区域30％的面积，需要调整2℃时，屏蔽该窗口区域60％的面积等。

在另一实施例中，可以在确定调温参考值时，设置多个子区域的各自平均温度中的最大值为调温参考值，以对多个子区域的温度均匀性进行调节(具体可以参考实施例三)，以进一步兼顾晶圆的片内温度调整。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种晶圆温度调节方法，用于晶圆处理设备，所述晶圆处理设备包含一反应腔，所述反应腔内设有可旋转的基座，所述基座包含相对的上表面及下表面，所述上表面承载有多个晶圆，其特征在于，所述上表面包含与所述多个晶圆对应的多个第一分区，所述晶圆处理设备设有温度调节装置，所述温度调节装置包括相对所述反应腔固定的调节部，所述调节部面向所述基座设置，所述方法包括：

基于采集的各晶圆的温度值确认调温参考值；其中，每个晶圆包括多个子区域，所述子区域包含圆盘形的中心区域和与所述中心区域同心并沿晶圆的径向依次排开的多个环形区域；所述确认调温参考值的方法包括，设置所有晶圆的各自平均温度中的最小值或多个子区域的各自平均温度中的最小值为调温参考值；

基于所述调温参考值确定待调温区域及所述待调温区域的温度调节幅度，所述待调温区域配置为与所述调温参考值差异大于预设阈值的所述的第一分区或者与所述调温参考值差异大于预设阈值的所述第一分区内的局部区域；

判断所述调节部在所述上表面的正投影是否落到所述待调温区域，若是，基于所述温度调节幅度控制所述调节部对所述待调温区域进行温度调节。

2.如权利要求1所述的晶圆温度调节方法，其特征在于，所述调节部配置为面向所述下表面设置的喷嘴结构；所述基于所述温度调节幅度控制所述调节部对所述待调温区域进行温度调节的方法包括：基于所述温度调节幅度控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体。

3.如权利要求2所述的晶圆温度调节方法，其特征在于，所述温度调节装置向所述喷嘴结构输送所述冷却气体的气体管路上设有流控元件，以通过所述流控元件控制自外部冷却气体源流入所述气体管路的冷却气体的流速或流量；所述基座保持均匀转速，所述喷嘴在所述上表面的正投影自进入至离开所述待调温区域的时长为第一时长。

4.如权利要求3所述的晶圆温度调节方法，其特征在于，所述流控元件为通断开关，所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：控制对应的所述通断开关在所述第一时长内处于开通状态的第二时长；所述第二时长随所述温度调节幅度的增加而增加。

5.如权利要求3所述的晶圆温度调节方法，其特征在于，所述流控元件为通断开关，所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：控制对应的所述通断开关在所述第一时长内的占空比；所述占空比随所述温度调节幅度的增加而增大。

6.如权利要求3所述的晶圆温度调节方法，其特征在于，所述流控元件为流量阀；所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：控制对应的所述流量阀在所述第一时长内处于打开状态的第三时长；当所述流量阀处于打开状态时，其具有设定的阀开度；所述第三时长随所述温度调节幅度的增加而增加。

7.如权利要求3所述的晶圆温度调节方法，其特征在于，所述流控元件为流量阀；所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：控制对应的所述流量阀在所述第一时长内的阀开度；所述阀开度随所述温度调节幅度的增加而增大。

8.如权利要求2所述的晶圆温度调节方法，其特征在于，所述控制所述喷嘴向该待调温区域提供冷却气体包括：所述喷嘴持续稳定地向所述下表面提供冷却气体；所述喷嘴在所述上表面的正投影自进入至离开待调温区域的过程中，所述基座具有第一转速；所述喷嘴在所述上表面的正投影在非待调温区域内，所述基座具有第二转速；所述第二转速大于所述第一转速，且所述第一转速随所述温度调节幅度的增加而减小。

9.如权利要求2所述的晶圆温度调节方法，其特征在于，所述基于所述调温参考值确定待调温区域及所述待调温区域的温度调节幅度的方法包括，对比单个所述晶圆整体的平均温度与所述调温参考值的差值，若所述差值大于预设阈值，则确定该所述晶圆为需调温晶圆，所述需调温晶圆对应的所述第一分区配置为所述待调温区域，所述差值配置为所述温度调节幅度。

10.如权利要求2所述的晶圆温度调节方法，其特征在于，所述基于所述调温参考值确定待调温区域及所述待调温区域的温度调节幅度的方法包括，对比当前晶圆的当前子区域的平均温度与所述调温参考值的差值，若所述差值大于预设阈值，则确定该子区域为需调温区域，所述需调温区域对应的所述第一分区内的局部区域配置为所述待调温区域，所述差值配置为所述温度调节幅度。