CN103510050A - 反应腔室以及薄膜沉积设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种反应腔室以及薄膜沉积设备，反应腔室包括腔室本体和用于承载被加工工件的托盘，在腔室本体内设置有用于承载托盘的承载部件，其特征在于，托盘采用具有导磁性的材料制作；并且，在托盘的下方设置有感应线圈，感应线圈呈漏斗状，且包括以螺旋方式绕制而成的多匝线圈，所述感应线圈的轴线与所述托盘的轴线重合；感应线圈与交流电源连接，借助感应线圈产生的交变磁场在托盘内产生涡电流来加热托盘，进而加热被加工工件。该反应腔室热量损失少，加热效率高，加热均匀，可以提高薄膜沉积设备的加工效率。

Description

反应腔室以及薄膜沉积设备

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种反应腔室以及薄膜沉积设备。

背景技术

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，以下简称PVD)技术是微电子领域常用的加工技术，如，用于在蓝宝石基片上制备掺锡氧化铟(Indium Tin Oxide，以下简称ITO)薄膜。在实施工艺时，需要对蓝宝石基片进行加热，以保证沉积在蓝宝石基片上的ITO薄膜能够正常结晶。

请参阅图1，图1为现有的PVD设备的结构示意图。，PVD设备包括反应腔室10和托盘12以及用于传输托盘12的机械手(图中未示出)。在反应腔室10的内部设置有石英窗11，借助石英窗11将反应腔室10分隔为上子腔室和下子腔室。在反应腔室10的使用过程中，上子腔室与大气连通，下子腔室保持真空状态。

其中，在下子腔室内设置有托盘12，用以承载基片等被加工工件；并且，在托盘12的下方设有提升装置，提升装置用于在实施工艺时承载托盘12，并在装、卸载托盘12的过程中驱动托盘12上升或下降，以与机械手配合而完成托盘12的装、卸载。提升装置包括用于承载托盘12的支撑针14以及与支撑针14连接的驱动电机15。在装载托盘12的过程中，机械手将托盘12移入反应腔室10内且位于支撑针14的上方；驱动电机15驱动支撑针14上升，并使支撑针14顶起托盘12，即将托盘12置于支撑针14的顶端；空载的机械手移出反应腔室10，从而完成托盘12的装载。

在上子腔室内的顶部设置有加热灯泡13，用于在实施工艺时通过热辐射方式加热基片等被加工工件。

上述PVD设备借助加热灯泡13以热辐射方式加热基片等被加工工件，因此，在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，由于加热灯泡13设置在大气环境中，热量容易散失，导致基片等被加工工件的升温较慢，从而降低了薄膜沉积设备的加工效率。

其二，加热灯泡13的热量需要透过石英窗11才能辐射到下子腔室内，石英窗11会使部分热量反射到加热灯泡13，从而增加了加热灯泡13辐射热量的损耗，降低了加热效率，进而降低了薄膜沉积设备的加工效率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种反应腔室以及薄膜沉积设备，其不仅加热效率高，从而可以提高薄膜沉积设备的加工效率，而且加热温度均匀，从而可以提高薄膜沉积设备的工艺质量。

为实现本发明的目的而提供一种反应腔室，包括腔室本体和用于承载被加工工件的托盘，在所述腔室本体内设置有用于承载所述托盘的承载部件，其特征在于，所述托盘采用具有导磁性的材料制作；并且，在所述托盘的下方设置有感应线圈，所述感应线圈呈漏斗状，并且所述感应线圈包括以螺旋方式绕制而成的多匝线圈，所述感应线圈的轴线与所述托盘的轴线重合；所述感应线圈与交流电源连接，借助所述感应线圈产生的交变磁场在所述托盘内产生涡电流来加热所述托盘，进而加热被加工工件。

其中，所述感应线圈与所述托盘下表面之间的距离自所述感应线圈的中心向所述感应线圈的边缘逐渐减小。

其中，所述感应线圈与所述托盘下表面之间的距离自所述感应线圈的中心向所述感应线圈的边缘逐渐增大。

其中，在所述托盘的径向方向上，相邻匝数的两匝线圈之间的间距自所述感应线圈的中心向所述感应线圈的边缘逐渐减小。

其中，在所述托盘的径向方向上，相邻匝数的两匝线圈之间的间距自所述感应线圈的中心向所述感应线圈的边缘逐渐增大。

其中，所述感应线圈包括由金属丝绕制而成的多匝线圈，并且在所述金属丝的外表面设置有绝缘层，用以使相邻的两匝线圈之间电绝缘。

其中，在所述托盘的径向方向上，相邻的两匝线圈之间的间距相等。

其中，所述承载部件为支撑针，所述支撑针的数量为三个以上，所述托盘由所述支撑针的顶端承载。

其中，所述反应腔室还包括提升装置，所述提升装置设置在所述腔室本体内且位于所述支撑针和所述感应线圈的下方，所述提升装置包括连杆和第一驱动源，所述连杆分别与所述支撑针和所述感应线圈固定连接；所述第一驱动源与所述连杆连接，在所述第一驱动源的驱动下，所述连杆带动所述支撑针和所述感应线圈作往复运动。

其中，所述第一驱动源包括气缸、电机或液压装置。

其中，所述承载部件为采用绝缘材料制作的托架，所述托盘放置于所述托架的上表面，并且，所述感应线圈设置于所述托架的内部。

其中，所述反应腔室还包括顶针装置，所述顶针装置设置在所述腔室本体内且位于所述托架的下方，所述顶针装置包括顶针和第二驱动源，所述第二驱动源与顶针连接，在所述托架上且与所述顶针相对应的位置处设置有贯穿所述托架厚度的通孔，在所述第二驱动源的驱动下，所述顶针穿过所述通孔，以使其顶端高出或低于所述托架的上表面。

其中，所述第二驱动源包括气缸、电机或液压装置。

其中，所述绝缘材料包括陶瓷或石英。

其中，所述交流电源的频率范围在15～30KHz。

其中，所述导磁材料包括石墨、碳化硅或具有导磁性的金属。

其中，所述反应腔室还包括加热部件和石英窗，其中，所述石英窗设置在所述腔室本体的内部，并将所述腔室本体分隔为上子腔室和下子腔室，所述承载部件设置在所述下子腔室内；所述加热部件设置在所述上子腔室内的顶部，用以密封下子腔室并透过所述石英窗向所述承载部件辐射热量。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种薄膜沉积设备，其包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的反应腔室。

其中，所述薄膜沉积设备为掺锡氧化铟物理气相沉积设备。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的反应腔室，其承载被加工工件的托盘采用具有导磁性的材料制作，并且在托盘的下方设置有感应线圈，在感应线圈中通入交变电流以在其周围产生交变磁场，从而在托盘内产生涡电流，涡电流可以加热托盘，从而间接地加热被加工工件，这种加热方式可以减少热量的损失，提高加热效率，从而提高薄膜沉积设备的加工效率。而且，感应线圈包括以螺旋方式绕制而成的多匝线圈，而且感应线圈呈漏斗状，用以改善感应线圈所形成的交变磁场的分布，从而改善托盘各个区域的涡电流分布，进而使托盘的温度趋于均匀，这可以使被加工工件的温度更均匀，从而提高了薄膜沉积设备的工艺质量。

本发明提供的薄膜沉积设备，其通过采用本发明提供的反应腔室，不仅提高了加热效率，从而使其加工效率提高，而且还提高了被加工工件的温度均匀性，从而使其工艺质量提高。

附图说明

图1为现有的PVD设备的结构示意图；

图2a为本发明第一实施例提供的反应腔室的结构示意图；

图2b为图2a所示的感应线圈在托盘所在平面上的投影图；以及

图3为本发明第二实施例提供的反应腔室的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的反应腔室以及薄膜沉积设备进行详细描述。

图2a为本发明第一实施例提供的反应腔室的结构示意图。请参阅图2a，反应腔室包括腔室本体20、托盘21、承载部件、感应线圈23和交流电源(图中未示出)。其中，承载部件设置在腔室本体20内，用以承载托盘21。托盘21用于承载被加工工件，其采用诸如石墨、碳化硅或导磁金属等具有导磁性的材料制作而成。

感应线圈23设置在腔室本体20内且位于托盘21的下方，其与交流电源连接。在加热被加工工件时，交流电源向感应线圈23提供中频或高频的交变电流，以使感应线圈23在其周围产生交变磁场，从而在托盘21的内部产生涡电流，利用涡电流将托盘21加热，进而间接地加热置于托盘21上的被加工工件。本实施例，交流电源的频率范围在15～30KHz。

本实施例提供的反应腔室是借助感应线圈23以感应加热的方式加热托盘21，电源的能量可以有效地传递给托盘21，再由托盘21将热量传递给被加工工件，热量由托盘21向被加工工件的传递过程是在真空的环境中进行，可以减少热量的损失。因此，本实施例提供的反应腔室的加热效率高，从而可以提高薄膜沉积设备的加工效率。

在本实施例中，感应线圈23包括由金属丝绕制而成的多匝线圈，金属丝可以采用铜丝等金属材料制作，并且在金属丝的外表面设置有绝缘层，以确保相邻的两匝线圈之间电绝缘。而且，感应线圈23的轴线与托盘21的轴线211(即，与托盘21所在平面垂直且穿过托盘21的中心的中心线)重合。

下面对感应线圈23的具体绕制方式进行详细地描述。

具体地，图2b为图2a所示的感应线圈在托盘所在平面上的投影图。如图2b所示，感应线圈23以螺旋方式绕制而成。在实际应用过程中，由于感应线圈23的边缘区域相对于感应线圈23的中心区域的磁场强度较弱，导致在托盘21内产生的涡电流自托盘21的中心区域向托盘21的外缘区域逐渐减小，这使得托盘21边缘区域的温度低于托盘21中心区域的温度。因此，本实施例的感应线圈23呈漏斗状，且感应线圈23与托盘21下表面之间的距离自感应线圈23的中心向感应线圈23的外缘逐渐减小，以改善感应线圈23所形成的交变磁场的分布，从而使托盘21边缘区域和中心区域的温度均匀。

在实际工艺过程中，往往会遇到这样的情况，即，托盘21的中心区域的温度低于托盘21的边缘区域的温度，比如，大量工艺气体喷向托盘21的中心区域时，工艺气体会将托盘21中心区域的部分热量带走，导致托盘21的中心区域的温度相对于托盘21的边缘区域的温度偏低。在这种情况下，将本实施例的感应线圈23设置为呈倒置的漏斗状，即，感应线圈23与托盘21下表面之间的距离自感应线圈23的中心向感应线圈23的外缘逐渐增大，以改善交变磁场在托盘21中心区域和边缘区域的磁场强度，从而改善托盘21中心区域与边缘区域之间的温差，进而使托盘21的温度趋于均匀。

当然，除了上面提到的情况外，还存在造成托盘21的温度分布呈现中心区域的温度低于边缘区域的温度的其他情况，这时候如果希望改善托盘21的中心区域和边缘区域的温度分布，就可以采用倒置的漏斗状的感应线圈23对托盘21进行加热。

需要说明的是，虽然本实施例中针对上述两种情况相应地采用漏斗状或者倒置的漏斗状的感应线圈23来改善交变磁场在托盘21中心区域和边缘区域的磁场强度，但是，本发明并不局限与此，在实际应用中，还可以根据具体的工艺需要设置任意结构的感应线圈，以改善交变磁场在托盘各个区域的磁场强度，从而改善托盘各个区域的温度分布。

在本实施例中，在托盘21的径向方向(即，在托盘21所在平面，由托盘21的中心向其边缘延伸的方向)上，相邻的两匝线圈之间的间距相等。然而，在实际应用中，相邻的两匝线圈之间的间距也可以不相等。研究发现，相邻的两匝线圈之间的间距越小，感应线圈23产生的磁场强度越大；相反，相邻的两匝线圈之间的间距越大，感应线圈23产生的磁场强度越小。因此，本实施例通过调节相邻的两匝线圈之间的间距来调节感应线圈23在托盘21各个区域的磁场强度，以使托盘21的中心区域和边缘区域产生的涡电流均匀，进而使托盘21的中心区域和边缘区域的温度相等。

当托盘21边缘的温度低于托盘21中心温度时，在托盘21的径向方向上，相邻的两匝线圈之间的间距自感应线圈23的中心向感应线圈23的外缘逐渐减小，可以提高托盘21的温度均匀性。

容易理解，若在托盘21的中心区域的温度低于托盘21的边缘区域的温度的情况下，可以将相邻的两匝线圈之间的间距设置为自感应线圈23的中心向感应线圈23的外缘逐渐增大，以改善交变磁场在托盘21中心区域和边缘区域的磁场强度，从而改善托盘21中心区域与边缘区域之间的温差，进而使托盘21的温度趋于均匀。在实际应用中，可以根据不同的工艺需要灵活地设定相邻的两匝线圈之间的间距，以改善交变磁场在托盘各个区域的磁场强度，从而改善托盘各个区域的温度分布。

优选地，当托盘21边缘的温度低于托盘21中心温度时，感应线圈23与托盘21下表面之间的距离自感应线圈23的中心向感应线圈23的边缘逐渐减小，同时，在托盘21的径向方向上，相邻匝数的两匝线圈之间的间距自感应线圈23的中心向感应线圈23的边缘逐渐减小，从而改善托盘21中心区域与边缘区域之间的温差，进而使托盘21的温度趋于均匀。同理，当托盘21边缘的温度高于托盘21中心温度时，感应线圈23与托盘21下表面之间的距离自感应线圈23的中心向感应线圈23的边缘逐渐增大，同时，在托盘21的径向方向上，相邻匝数的两匝线圈之间的间距自感应线圈23的中心向感应线圈23的边缘逐渐增大，从而改善托盘21中心区域与边缘区域之间的温差，进而使托盘21的温度趋于均匀。

如图2a所示，在本实施例中，承载部件为支撑针22，并且支撑针22的数量为三个以上。在实施工艺时，托盘21由支撑针22的顶端承载。

在本实施例中，在腔室本体20内且位于支撑针22和感应线圈23的下方还设置有提升装置，其包括连杆24和第一驱动源25。连杆24与第一驱动源25连接，支撑针22和感应线圈23固定在连杆24上。在第一驱动源25的驱动下，连杆24带动支撑针22和感应线圈23作上下往复运动，以调节支撑针22顶端的高度，从而便于支撑针22与机械手配合完成被加工工件的装卸载。第一驱动源21包括气缸、电机或液压装置。

需要说明的是，虽然在本实施例中感应线圈23采用螺旋方式绕制而成，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，感应线圈23可以采用其它方式绕制，只要其能够在托盘21内感应产生涡电流即可。而且，感应线圈23的数量可以为一个或多个。当设置多个感应线圈23时，多个感应线圈23同轴叠置在托盘21的下方。

还需要说明的是，在本实施例中，支撑针22和感应线圈23均设置在提升装置的连杆24上，即感应线圈23由提升装置的连杆24支撑，并随提升装置作上下往复运动。然而，本发明并不局限于此。感应线圈23也可以采用其它方式固定，如采用支架固定。不难理解，此时，提升装置仅带动支撑针22作上下往复运动。

进一步需要说明的是，本实施例是借助感应线圈23加热被加工工件，但是本发明并不局限于此。在实际应用中，在腔室本体20内的顶部还可以设置有加热部件，如，红外辐射灯。而且，为了便于将腔室本体20密封，在腔室本体20的内部还设有石英窗，利用石英窗将腔室本体20分隔为上子腔室和下子腔室，上子腔室与大气环境连通，下子腔室为真空腔室。加热部件设置在上子腔室内的顶部，托盘21、支撑针22、感应线圈23以及提升装置设置在下子腔室内。这样，被加工工件由加热部件和感应线圈23同时加热，可以提高被加工工件的升温速率，从而提高薄膜沉积设备的加工效率。

图3为本发明第二实施例提供的反应腔室的结构示意图。请参阅图3，第二实施例提供的反应腔室包括腔室本体20、托盘21、承载部件、感应线圈23和交流电源(图中未示出)。其中，腔室本体20、托盘21、交流电源以及感应线圈23的结构和设置方式与第一实施例相同，在此不再赘述。

第二实施例的承载部件为设置在腔室本体20内的托架30，其采用陶瓷或石英等绝缘材料制作，托盘21放置于托架30的上表面，并且感应线圈23设置于托架30的内部。

在第二实施例中，在腔室本体20内且位于托架30的下方设置有顶针装置，顶针装置包括顶针31和第二驱动源32。其中，在托架30上且与顶针31相对应的位置处设置有贯穿托架30厚度的通孔301，以供顶针31通过。第二驱动源32与顶针31连接，在第二驱动源32的驱动下，顶针31可以穿过通孔301，以使其顶端高出或低于托架30的上表面。第二驱动源32包括气缸、电机或液压装置。

综上所述，本实施例提供的反应腔室，其承载被加工工件的托盘采用导磁材料制作，并且在托盘的下方设置有感应线圈，在感应线圈中通入交变电流以在其周围产生交变磁场，从而在托盘内产生涡电流，涡电流可以加热托盘，从而间接地加热被加工工件，这种加热方式可以减少热量的损失，提高加热效率，从而提高薄膜沉积设备的加工效率。

而且，感应线圈的轴线与垂直于托盘所在平面的中心线重合，感应线圈包括多匝线圈，而且越远离感应线圈的轴线各匝线圈与托盘之间的距离越小，从而使托盘各个区域的磁场强度趋于均匀，从而使托盘边缘区域和中心区域产生均匀的涡电流，进而使托盘的温度均匀，这可以使被加工工件的温度更均匀，从而提高了薄膜沉积设备的工艺质量。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种薄膜沉积设备，其包括反应腔室，该反应腔室采用上述实施例提供的反应腔室。

在实际应用中，薄膜沉积设备为掺锡氧化铟物理气相沉积设备，用以制备掺锡氧化铟薄膜。

本实施例提供的薄膜沉积设备，其通过采用本发明提供的反应腔室，不仅提高了加热效率，从而使其加工效率提高，而且还提高了被加工工件的温度均匀性，从而使其工艺质量提高。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种反应腔室，包括腔室本体和用于承载被加工工件的托盘，在所述腔室本体内设置有用于承载所述托盘的承载部件，其特征在于，所述托盘采用具有导磁性的材料制作；并且，

在所述托盘的下方设置有感应线圈，所述感应线圈呈漏斗状，并且所述感应线圈包括以螺旋方式绕制而成的多匝线圈，所述感应线圈的轴线与所述托盘的轴线重合；

所述感应线圈与交流电源连接，借助所述感应线圈产生的交变磁场在所述托盘内产生涡电流来加热所述托盘，进而加热被加工工件。

2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述感应线圈与所述托盘下表面之间的距离自所述感应线圈的中心向所述感应线圈的边缘逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述感应线圈与所述托盘下表面之间的距离自所述感应线圈的中心向所述感应线圈的边缘逐渐增大。

4.根据权利要求1或2所述的反应腔室，其特征在于，在所述托盘的径向方向上，相邻匝数的两匝线圈之间的间距自所述感应线圈的中心向所述感应线圈的边缘逐渐减小。

5.根据权利要求1或2所述的反应腔室，其特征在于，在所述托盘的径向方向上，相邻匝数的两匝线圈之间的间距自所述感应线圈的中心向所述感应线圈的边缘逐渐增大。

6.根据权利要求1或2所述的反应腔室，其特征在于，所述感应线圈包括由金属丝绕制而成的多匝线圈，并且在所述金属丝的外表面设置有绝缘层，用以使相邻的两匝线圈之间电绝缘。

7.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述托盘的径向方向上，相邻的两匝线圈之间的间距相等。

8.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述承载部件为支撑针，所述支撑针的数量为三个以上，所述托盘由所述支撑针的顶端承载。

9.根据权利要求8所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括提升装置，所述提升装置设置在所述腔室本体内且位于所述支撑针和所述感应线圈的下方，所述提升装置包括连杆和第一驱动源，

所述连杆分别与所述支撑针和所述感应线圈固定连接；

所述第一驱动源与所述连杆连接，在所述第一驱动源的驱动下，所述连杆带动所述支撑针和所述感应线圈作往复运动。

10.根据权利要求9所述的反应腔室，其特征在于，所述第一驱动源包括气缸、电机或液压装置。

11.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述承载部件为采用绝缘材料制作的托架，所述托盘放置于所述托架的上表面，并且，所述感应线圈设置于所述托架的内部。

12.根据权利要求11所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括顶针装置，所述顶针装置设置在所述腔室本体内且位于所述托架的下方，所述顶针装置包括顶针和第二驱动源，

所述第二驱动源与顶针连接，在所述托架上且与所述顶针相对应的位置处设置有贯穿所述托架厚度的通孔，在所述第二驱动源的驱动下，所述顶针穿过所述通孔，以使其顶端高出或低于所述托架的上表面。

13.根据权利要求12所述的反应腔室，其特征在于，所述第二驱动源包括气缸、电机或液压装置。

14.根据权利要求11所述的反应腔室，其特征在于，所述绝缘材料包括陶瓷或石英。

15.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述交流电源的频率范围在15～30KHz。

16.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述导磁材料包括石墨、碳化硅或具有导磁性的金属。

17.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括加热部件和石英窗，其中，

所述石英窗设置在所述腔室本体的内部，并将所述腔室本体分隔为上子腔室和下子腔室，所述承载部件设置在所述下子腔室内；

所述加热部件设置在所述上子腔室内的顶部，用以密封下子腔室并透过所述石英窗向所述承载部件辐射热量。

18.一种薄膜沉积设备，其包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求1-17中任意一项所述的反应腔室。

19.根据权利要求18所述的薄膜沉积设备，其特征在于，所述薄膜沉积设备为掺锡氧化铟物理气相沉积设备。

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