CN104372309A - 加热装置、反应腔室及等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供加热装置、反应腔室及等离子体加工设备，加热装置包括多个相互独立的子线圈、通断开关和交流电源，其中多个子线圈分别对应于被加工工件表面的不同区域设置；通断开关用于选择性地将多个子线圈中的其中一个子线圈与交流电源电连接，或者选择性地将多个子线圈中的其中至少两个子线圈串联形成多匝线圈，并将该多匝线圈与交流电源电连接；交流电源用于向与其电连接的子线圈提供交变电流，以使该子线圈或多匝线圈采用感应加热的方式对与之相对应的被加工工件表面的区域进行加热。本发明提供的加热装置，其可以采用感应加热的方式对被加工工件进行均匀加热，从而可以提高工艺的均匀性。

Description

加热装置、反应腔室及等离子体加工设备

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种加热装置、反应腔室及等离子体加工设备。

背景技术

化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）技术是一种利用不同气体在高温下的相互反应以在被加工工件的表面上制备外延薄膜层的技术。在工艺过程中，不仅需要将被加工工件加热至工艺所需的温度，而且需要被加工工件的温度均匀以保证工艺质量。

为此，可采用电阻加热或红外加热的方式对被加工工件进行分区控温，以实现对被加工工件进行均匀加热。具体地，将被加工工件的表面划分为多个区域，每个区域对应的设置有加热装置，加热装置包括加热电阻或红外加热器和温控单元，其中，每个加热电阻或红外加热器用于对与之对应的被加工工件的区域进行加热，每个温控单元用于对与之对应的被加工工件的不同区域进行温度控制，因此可以实现对被加工工件不同区域进行分区控温，从而可以对被加工工件进行均匀加热。

在实际应用中，通常采用感应加热的方式对被加工工件进行加热。具体的工作原理如下：请参阅图1，在反应腔室10的底部设置有用于承载被加工工件S的承载装置11，并且，在承载装置11的下方设置加热装置，加热装置包括感应线圈12和温控单元，其中，感应线圈12与交流电源（图中未示出）电连接，交流电源用于向感应线圈12提供交变电流，以使感应线圈12在反应腔室内，且与感应线圈12相对应的区域产生交变磁场，这使得承载装置11在交变磁场下其内部感应出能够产生热量的涡电流，从而可以加热承载装置11，进而加热被加工工件S；温控单元用于通过控制交流电源的输出功率以使被加工工件加热至工艺所需的温度。

由于感应加热的方式具有升温快、热惯性小、寿命长等优点，因此，当采用上述感应加热的方式对被加工工件S进行分区控温，以实现对被加工工件进行均匀加热时，可对应于被加工工件S表面的不同区域分别独立设置有感应线圈12和温控单元。然而，在对被加工工件表面的不同区域进行加热的过程中，往往存在多个感应线圈12各自产生的交变磁场会相互耦合和干扰，造成对被加工工件的分区控温产生影响，从而不能实现采用感应加热的方式对被加工工件进行均匀加热。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种加热装置、反应腔室及等离子体加工设备，其可以采用感应加热的方式对被加工工件进行均匀加热，从而可以提高工艺的均匀性。

为实现本发明的目的而提供一种加热装置，包括多个相互独立的子线圈、通断开关和交流电源，其中所述多个子线圈分别对应于被加工工件表面的不同区域设置；所述通断开关用于选择性地将所述多个子线圈中的其中一个子线圈与所述交流电源电连接，或者选择性地将所述多个子线圈中的其中至少两个子线圈串联形成多匝线圈，并将该多匝线圈与所述交流电源电连接；所述交流电源用于向与其电连接的子线圈或多匝线圈提供交变电流，以使该子线圈或多匝线圈采用感应加热的方式对与之相对应的所述被加工工件表面的区域进行加热。

其中，每个所述子线圈为沿所述被加工工件表面的周向在水平或竖直方向上缠绕的至少一匝线圈，并且所述多个子线圈相互嵌套。

其中，每个所述通断开关包括反向并联的两个晶闸管。

其中，所述的加热装置还包括温控单元，所述温控单元包括检测模块和控制模块，其中所述检测模块用于分别检测所述被加工工件的不同区域的温度信号，并将所述温度信号发送至所述控制模块，所述控制模块用于基于所述温度信号控制所述通断开关选择性地将所述多个子线圈中的其中一个子线圈与所述交流电源电连接，或者选择性地将所述多个子线圈中的其中至少两个子线圈串联形成多匝线圈，并将该多匝线圈与所述交流电源电连接。

其中，所述检测模块包括温度传感器。

其中，所述温度传感器为接触式温度传感器或非接触式温度传感器。

其中，所述交流电源的频率范围在1～100KHz。

为实现本发明的目的还提供一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有承载被加工工件的承载装置，并且，在所述承载装置的下方设置有加热装置，所述加热装置采用本发明提供的上述加热装置。

为实现本发明的目的还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本发明提供的上述反应腔室。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的加热装置，其对应于被加工工件表面的不同区域设置有多个相互独立的子线圈，并且借助通断开关选择性地将多个子线圈中的其中一个子线圈与交流电源电连接，或者选择性地将多个子线圈中的其中至少两个子线圈串接形成多匝线圈，并将该多匝线圈与交流电源电连接，这使得该一个子线圈或多匝线圈仅产生一个独立的交变磁场，可以避免现有技术中多个交变磁场相互耦合和干扰的问题，因而不会对被加工工件的分区控温产生影响，从而可以采用感应加热的方式对被加工工件均匀加热，进而可以提高工艺的均匀性。

本发明提供的反应腔室，其采用本发明提供的加热装置，可以采用感应加热的方式对被加工工件均匀加热，从而可以提高工艺的均匀性，进而可以提高工艺质量。

本发明提供的等离子体加工设备，其采用本发明提供的反应腔室，可以采用感应加热的方式对被加工工件均匀加热，从而可以提高工艺的均匀性，进而可以提高工艺质量。

附图说明

图1为现有的采用感应加热的方式加热被加工工件的示意图；

图2为本发明第一实施例提供的一种加热装置的俯视图；

图3为本发明第一实施例提供的加热装置的结构示意图；

图4为被加工工件的一种结构示意图；

图5为图3中多个子线圈之间的结构示意图；

图6为本发明第一实施例提供的另一种加热装置的俯视图；以及

图7为被加工工件另一种结构示意图。

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，下面结合附图对本发明提供的加热装置、反应腔室和等离子体加工设备进行详细描述。

图2为本发明第一实施例提供的加热装置的俯视图。图3为本发明第一实施例提供的加热装置的结构示意图。图4为被加工工件的一种结构示意图。请一并参阅图2、图3和图4，该加热装置包括多个相互独立的子线圈（1，2，3）、通断开关和交流电源S。其中，多个子线圈（1，2，3）分别对应于被加工工件表面的不同区域设置，在本实施例中，每个子线圈为沿被加工工件表面的周向在水平或竖直方向上缠绕的至少一匝线圈，并且，如图2所示，多个子线圈（1，2，3）相互嵌套，且多个子线圈（1，2，3）分别与被加工工件表面的区域（10，20，30）一一对应。

通断开关用于选择性地将多个子线圈（1，2，3）中的其中一个子线圈与交流电源S电连接，或者选择性地将多个子线圈（1，2，3）中的其中至少两个子线圈串联形成多匝线圈，并将该多匝线圈与交流电源S电连接；交流电源S用于向与其电连接的子线圈提供交变电流，以使该子线圈采用感应加热的方式对与之相对应的被加工工件表面的区域进行加热。并且，交流电源S的频率范围在1～100KHz。

下面结合图3来详细描述如何实现通断开关选择性地将多个子线圈（1，2，3）中的其中一个子线圈与交流电源S电连接，或者选择性地将多个子线圈（1，2，3）中的其中至少两个子线圈串联形成多匝线圈，并将该多匝线圈与交流电源S电连接，以对与该子线圈或多匝线圈相对应的被加工工件表面的区域进行加热的具体过程：具体地，子线圈1的尾端1b借助通断开关K1与子线圈2的首端2a导通或者断开，子线圈2的尾端2b借助通断开关K2与子线圈3的首端3a导通或者断开，子线圈1的尾端1b借助通断开关K3与子线圈3的首端3a导通或者断开；交流电源S的一端借助通断开关K4、K5、K6分别与子线圈（1，2，3）的首端1a、2a和3a导通或者断开，交流电源S的另一端借助通断开关K9、K8、K7分别与子线圈（1，2，3）的尾端1b、2b和3b导通或者断开。

当被加工工件表面的区域10和区域30内的温度低于区域20内的温度时，通过通断开关选择性地将子线圈1和子线圈3串接形成多匝线圈，并使该多匝线圈与交流电源S电连接，具体地，使通断开关K3、K4和K7导通，其他通断开关（K1、K2、K5～K6、K8～K9）均断开，交流电源S向子线圈1和子线圈3串接形成的多匝线圈提供交变电流，使该多匝线圈产生一个独立的交变磁场，可以实现采用感应加热的方式对区域10和区域30进行加热，以使区域10、区域30与区域20之间的温差减小；

当被加工工件表面的区域20和区域30的温度低于区域10的温度时，通过通断开关选择性地将子线圈2和子线圈3串接形成多匝线圈，并使该多匝线圈与交流电源S电连接，具体地，使通断开关K2、K5和K7导通，其他通断开关（K1、K3～K4、K6、K8～K9）均断开，交流电源S向子线圈1和子线圈3串接形成的多匝线圈的提供交变电流，使该多匝线圈产生一个独立的交变磁场，可以实现采用感应加热的方式对区域10和区域30进行加热，以使区域20、区域30与区域10之间的温差减小；

当被加工工件表面的区域20的温度低于区域10和区域30的温度时，通过通断开关选择性地将子线圈2与交流电源S电连接，具体地，使通断开关K5和K8导通，其他通断开关（K1～K4、K6～K7、K9）均断开，交流电源S向子线圈2提供交变电流，使该子线圈2产生一个独立的交变磁场，可以实现采用感应加热的方式对区域20进行加热，以使区域20与区域10、区域30之间的温差减小。

在本实施例中，如图5所示，为多个子线圈（1，2，3）之间的结构示意图，其中，通断开关K1、K2、K3包括反向并联的晶闸管D1和D2，在实际应用中，通断开关也可以采用其他功率开关管，例如，绝缘栅双极晶体管（IGBT）。

在本实施例中，加热装置还包括温控单元，温控单元包括检测模块和控制模块。其中，检测模块用于分别检测被加工工件的不同区域的温度信号，并将温度信号发送至控制模块，其中，检测模块包括温度传感器，温度传感器可以采用接触式温度触感器或非接触式温度触感器，接触式温度传感器包括热电偶，非接触温度传感器包括激光温度传感器、超声波温度传感器；控制模块用于基于温度信号控制通断开关选择性地将多个子线圈（1，2，3）中的其中一个子线圈与交流电源S电连接，或者选择性地将多个子线圈（1，2，3）中的其中至少两个子线圈串联形成多匝线圈，并将该多匝线圈与交流电源S电连接。

容易理解，本实施例提供的加热装置借助温控单元、多个子线圈（1，2，3）、通断开关和交流电源S可以实现对被加工工件进行分区控温。例如，检测模块分别检测被加工工件的不同区域的温度信号，并将该温度信号发送至控制模块，控制模块接受该温度信号，并基于该温度信号当判断区域20的温度低于区域10和30的温度时，控制模块控制通断开关K5和K8导通，以及控制其他通断开关（K1～K4，K6～K7，K9）断开，使与区域20相对应的子线圈2与交流电源S导通，以对区域20进行加热；当判断区域10和区域30的温度低于区域20的温度时，控制模块控制K3、K4和K7导通，以及控制其他通断开关（K1、K2、K5～K6、K8～K9）断开，使与区域10和区域30相对应的子线圈1和子线圈3串接形成的多匝线圈与交流电源S导通，以对区域10和区域30进行加热。

需要说明的是，在本实施例中，多个子线圈（1，2，3）相互嵌套，且其分别与被加工工件的表面的区域（10，20，30）一一对应，但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，并不限定多个子线圈的分布方式，只要满足多个子线圈分别对应于被加工工件表面的不同区域设置即可。例如，如图6和图7所示，四个子线圈（1，2，3，4）沿被加工工件的周向间隔设置，且与被加工工件表面的四个区域（10，20，30，40）一一对应。

还需要说明的是，在实际应用中，可以根据不同工艺过程中对被加工工件的温度均匀性要求的不同，具体设置子线圈的数量。例如，当工艺过程中要求被加工工件的温度均匀性较高时，可以增加子线圈的设置数量，这使得各个子线圈对应于被加工工件表面的区域减小，每个子线圈可以对与之对应的被加工工件表面的较小区域进行加热，因而可以对被加工工件进行较小区域的分区温控，从而可以提高被加工工件温度的均匀性；相反地，当工艺过程中要求被加工工件的温度均匀性较低时，可以减少子线圈的设置数量，这样可以降低工艺成本，从而提高工艺效率。

综上所示，本发明提供的加热装置，其对应于被加工工件表面的不同区域设置有多个相互独立的子线圈，并且借助通断开关选择性地将多个子线圈（1，2，3）中的其中一个子线圈与交流电源S电连接，或者选择性地将多个子线圈（1，2，3）中的其中至少两个子线圈串接形成多匝线圈，并将该多匝线圈与交流电源S电连接，这使得该一个子线圈或多匝线圈仅产生一个独立的交变磁场，可以避免现有技术中多个交变磁场相互耦合和干扰的问题，因而不会对被加工工件的分区控温产生影响，从而可以采用感应加热的方式对被加工工件均匀加热，进而可以提高工艺的均匀性。

作为另一技术方案，本发明还提供一种反应腔室，在反应腔室内设置有承载被加工工件的承载装置，并且，在承载装置的下方设置有加热装置，其中，加热装置采用上述实施例提供的加热装置。

本实施例提供的加热装置，其采用上述实施例提供的加热装置，其可以采用感应加热的方式对被加工工件均匀加热，从而可以提高加热效率和经济效益。

作为另一技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，其中，反应腔室采用上述实施例提供的反应腔室。

在实际应用中，等离子体加工设备可以为化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）设备、金属有机化合物化学气相沉积技术（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD）设备和等离子体增强化学气相沉积技术（Plasma chemicalvapor deposition，简称PECVD）设备。

本实施例提供的等离子体加工设备，其采用上述实施例提供的反应腔室，可以采用感应加热的方式对被加工工件均匀加热，从而可以提高加热效率和经济效益。

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，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，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 (9)

1.一种加热装置，其特征在于，包括多个相互独立的子线圈、通断开关和交流电源，其中

所述多个子线圈分别对应于被加工工件表面的不同区域设置；

所述通断开关用于选择性地将所述多个子线圈中的其中一个子线圈与所述交流电源电连接，或者选择性地将所述多个子线圈中的其中至少两个子线圈串联形成多匝线圈，并将该多匝线圈与所述交流电源电连接；

所述交流电源用于向与其电连接的子线圈或多匝线圈提供交变电流，以使该子线圈或多匝线圈采用感应加热的方式对与之相对应的所述被加工工件表面的区域进行加热。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，每个所述子线圈为沿所述被加工工件表面的周向在水平或竖直方向上缠绕的至少一匝线圈，并且

所述多个子线圈相互嵌套。

3.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，每个所述通断开关包括反向并联的两个晶闸管。

4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，还包括温控单元，所述温控单元包括检测模块和控制模块，其中

所述检测模块用于分别检测所述被加工工件的不同区域的温度信号，并将所述温度信号发送至所述控制模块；

所述控制模块用于基于所述温度信号控制所述通断开关选择性地将所述多个子线圈中的其中一个子线圈与所述交流电源电连接，或者选择性地将所述多个子线圈中的其中至少两个子线圈串联形成多匝线圈，并将该多匝线圈与所述交流电源电连接。

5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述检测模块包括温度传感器。

6.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述温度传感器为接触式温度传感器或非接触式温度传感器。

7.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述交流电源的频率范围在1～100KHz。

8.一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有承载被加工工件的承载装置，并且，在所述承载装置的下方设置有加热装置，其特征在于，所述加热装置采用权利要求1-7任意一项所述的加热装置。

9.一种等离子体加工设备，包括反应腔室，其特征在于，所述反应腔室采用权利要求8所述的反应腔室。