CN104716071B - 一种加热腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加热腔室，包括热源腔室和主腔室，所述热源腔室与所述主腔室固定连接，以对设置在所述主腔室内的工件进行加热，其中，所述主腔室内还设置有用于支撑所述工件的支撑机构，所述支撑机构能够绕自身轴线旋转。在本发明中，所述主腔室内设置有支撑机构，在加热过程中，所述支撑机构能够绕自身轴线旋转，从而对工件进行更加均匀的加热以除去工件上吸附的水蒸气以及易挥发杂质，进而提高产品质量。

Description

一种加热腔室

技术领域

本发明涉及半导体设备制造工艺领域，尤其涉及一种加热腔室。

背景技术

硬掩膜（Hard Mask）用于金属硬掩膜材料的制备工艺，是将金属硬掩膜材料沉积于地介电常数材料上。铜互连硬掩膜沉积气相工艺包括去气加热过程和沉积过程。

去气加热过程是指工件在去气加热腔室中加热至一定温度，以去除工件上附着的水蒸气及其它易挥发杂质。如图1所示的是现有的加热腔室的主剖示意图，在加热腔室1的顶壁上设置有加热灯泡2，石英窗5将加热腔室1与外界大气隔离，以保证加热腔室1的真空环境，工件3放置在支撑台4上，加热灯泡2能够透过石英窗5对工件3进行照射，以实现对工件3加热。

在上述加热腔室中，工件3上距离加热灯泡2较近的部分温度升高较快，距离加热灯泡2较远的部分温度升高较慢，使得在加热过程中工件3受热不均匀，而加热不均匀可能会导致部分区域易挥发杂质去除不干净，影响后续工艺，严重的局部不均匀可能会造成工件破碎。

因此，如何对工件进行均匀加热成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加热腔室，可以对工件进行均匀加热。

为了实现上述目的，本发明提供一种加热腔室，包括热源腔室和主腔室，所述热源腔室与所述主腔室固定连接，以对设置在所述主腔室内的工件进行加热，其特征在于，所述主腔室内还设置有用于支撑所述工件的支撑机构，所述支撑机构能够绕自身轴线旋转。

优选地，所述支撑机构包括托盘和传动件，所述工件能够设置在所述托盘上，所述传动件穿过所述主腔室的底壁，以连接在所述托盘和动力源之间。

优选地，所述主腔室的底壁上设置有沿所述底壁的厚度方向贯穿所述底壁的通孔，所述传动件穿过所述通孔，所述主腔室在所述通孔处密封。

优选地，所述托盘为圆心角度不小于180°的扇环形结构。

优选地，所述托盘包括支撑部和限位部，所述支撑部用于支撑所述工件，所述限位部固定在所述支撑部的边缘，并向上延伸。

优选地，所述支撑机构还包括支撑件，所述支撑件包括直立部和水平板，所述直立部的一端与所述支撑部固定连接，所述直立部的另一端与所述水平板固定连接，所述传动件设置在所述水平板的下端面上。

优选地，所述主腔室内还设置有位置检测机构，所述位置检测机构用于检测所述支撑机构是否回到旋转的起点位置。

优选地，所述位置检测机构包括传感器和传感器反射板，所述传感器反射板用于接收并反射所述传感器发出的光束，所述传感器和传感器反射板中的一者固定在所述主腔室的侧壁上，所述光电传感器和传感器挡片中的另一者能够随所述支撑机构旋转。

优选地，所述热源腔室内设置有加热灯。

优选地，所述热源腔室的侧壁上设置有加热灯基座，所述加热灯设置于所述加热灯基座上，所述加热灯基座用于向所述加热灯供电。

优选地，所述热源腔室外设置有外罩，所述外罩用于将所述加热灯基座与外部环境电气隔离。。

优选地，所述热源腔室中设置有反射屏，所述反射屏与所述加热灯设置在所述热源腔室的同一侧内壁上。

优选地，所述加热腔室还包括透光的盖板，所述盖板用于将所述主腔室和所述热源腔室分隔。

优选地，所述盖板与所述主腔室的相接处设置有密封圈。

优选地，所述加热腔室还包括连接件，以将所述主腔室和所述热源腔室相连。

优选地，所述主腔室的侧壁上和/或所述热源腔室的侧壁上设置有冷却水路。

优选地，所述主腔室与外部腔室选择性的连通。

在本发明中，所述主腔室内设置有支撑机构，在加热过程中，所述支撑机构能够绕自身轴线旋转，使得设置在支撑机构上的工件同时进行旋转，从而能够对所述工件更加均匀地加热以更好地去除工件表面的水蒸气等易挥发杂质。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中加热腔室的主剖示意图；

图2是本发明中加热腔室的主剖示意图；

图3是图2中加热腔室中的支撑机构的主剖示意图；

图4是本发明中支撑机构的俯视图；

图5是本发明中加热腔室与外部腔室的接口俯视图；

图6是本发明中加热腔室与外部腔室的接口主剖示意图；

图7是本发明的加热腔室应用场景示意图。

附图标记说明

1：加热腔室；2：加热灯泡；3：工件；4：支撑台；5：石英窗；101：外罩；102：加热灯基座；103：冷却水路；105：反射屏；106：连接件；107：主腔室；108：传感器；109；传感器挡片；110：托盘；110a：支撑部；110b：限位部；111：第一紧固件；112：传动件；113：动力源；114：法兰；115：支撑件；115a：直立部；115b：水平板；116：工件；118：密封圈；119：盖板；120：加热灯；121：第二紧固件；300：外部腔室；302：大气机械手；303：传输通道；304：加热腔室；305：真空机械手；306：工艺腔室；307：传输腔；308：前端腔室；309：工件盒；401：门阀；402：连接法兰。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种加热腔室，如图2所示，所述加热腔室包括热源腔室和主腔室107，所述热源腔室与主腔室107固定连接，以对设置在主腔室107内的工件116进行加热，其中，主腔室107内还设置有用于支撑工件116的支撑机构，所述支撑机构能够绕自身轴线旋转。

当利用所述加热腔室对工件进行加热时，工件116可以随所述支撑机构一起旋转，从而使得在加热过程中，工件116受热更加均匀。

作为本发明的一种具体实施方式，所述支撑机构可以包括托盘110和传动件112，具体地，如图2所示，工件116可以设置在托盘110上，传动件112穿过主腔室107的底壁，以连接在托盘110和动力源113之间。

在本发明中，对动力源113的具体结构并不做限定，只要可以提供支撑机构转动的动力即可，例如，动力源113可以为电机，或者动力源113可以为液压马达。

可以理解的是，在加热工艺中，主腔室107内为真空状态，更进一步地，主腔室107的底壁上设置有沿所述底壁的厚度方向贯穿所述底壁的通孔，传动件112穿过所述通孔，主腔室107在所述通孔处密封，以防止主腔室107与外界流体连通（即，防止外界气体进入主腔室107中）。

为了使所述传动件具有较简单的结构，优选地，如图2所示，所述传动件为磁流体密封件，所述磁流体密封件穿过所述通孔，所述磁流体密封件的法兰114在所述通孔处与主腔室107的底壁固定连接，托盘110可以通过第一紧固件111（如，螺钉）固定在所述磁流体密封件的上端。所述磁流体密封件的密封作用使得主腔室107内保持真空，并且磁流体密封件的旋转轴可以在动力源113的带动下进行旋转。

更进一步地，为了方便真空机械手305对工件116的取放，如图3和图4所示，托盘110为可以为圆心角度不小于180°的扇环形结构，为了使工件116可以稳定设置在托盘110上，优选地，如图4所示，所述扇环形的圆心角大于180°。

加热工艺开始前，真空机械手305将工件116传送至托盘110上方，此时，真空机械手305位于所述扇环形结构的缺口上方，之后，真空机械手305下降至所述缺口处，使得工件116落在所述扇环形结构的环形本体上。加热工艺结束后，真空机械手305由所述缺口处移动至工件116的下方，并向上移动以将工件116托起，从而将工件116传送至下一位置。

更进一步地，为了防止托盘110在旋转时，设置在托盘110上的工件116脱离托盘，如图3所示，托盘110可以包括支撑部110a和限位部110b，支撑部110a用于支撑工件116，限位部110b固定在支撑部110a的边缘，并向上延伸。限位部110b可以限制工件116沿支撑部110a的径向方向发生移动。具体地，限位部110b可以固定焊接在支撑部110a的边缘，也可以通过螺钉等紧固件固定在支撑部110a上，只要可以限制工件116沿支撑部110a的径向方向发生偏移即可。

更进一步地，如图2和图3所示，所述支撑机构还可以包括支撑件115。具体地，支撑件115包括直立部115a和水平板115b，直立部115a的一端与支撑部110a固定连接，直立部115a的另一端与水平板115b固定连接，传动件112设置在水平板115b的下端面上。为了使托盘110在旋转的过程中保持稳定，优选地，所述支撑件包括多个直立部115a，多个直立部115a的与支撑部110a固定连接的一端处于同一水平面上，以使得托盘110保持稳定。或者，直立部115a可以为环绕水平板115a的圆筒形。作为本明的一种优选实施方式，可以将传动件112设置在水平板115a的中心处。

容易理解的是，加热工艺开始前，真空机械手305由托盘110的缺口处将工件放置在托盘110的支撑部110a上，加热过程中，托盘110在动力源113的带动下进行旋转。为了在加热工艺结束后，真空机械手305能够准确地由所述缺口处将工件托起并取出，优选地，主腔室107内还可以设置有位置检测机构，所述主腔室内还设置有位置检测机构，所述位置检测机构用于检测所述支撑机构是否回到旋转的起点位置。例如，可以将所述位置检测机构设置为当所述支撑机构回到旋转的起点位置时向真空机械手的控制器发出信号，控制器可以根据该信号控制机械手移动，以将工件取出。

本发明中对位置检测机构的具体形式不作限定，只要可以检测所述支撑机构旋转的起点位置即可。例如，如图2所示，所述位置检测机构包括传感器108和传感器挡片109，传感器挡片109用于接收并反射传感器108发出的光束，传感器108和传感器挡片109中的一者固定在107主腔室的侧壁上，传感器108和传感器挡片109中的另一者能够随所述支撑机构旋转。当支撑机构旋转至起点位置时，传感器108可以接收到经传感器挡片109反射的光束。当传感器108接收到光束后，可以向真空机械手的控制器发出信号，真空机械手的传感器根据该信号控制机械手移动。

应当理解的是，可以将所述控制器设置为当所述传感器发出第n个信号时，控制真空机械手移动。即，支撑机构转过n圈回到起点位置时，控制器控制真空机械手朝向工件移动。n为大于等于1的自然数。可以根据加热温度以及工件的性质确定n的数值。

由于传感器108上通常设置有为该传感器供电的电线，因此，优选地，将传感器108设置在主腔室107的侧壁上，而将传感器挡片109设置在托盘110的限位部110b上。

更进一步地，为了达到较好的加热效果，如图2所示，所述热源腔室内可以设置有加热灯120，以对工件116进行加热。具体地，由于红外短波具有较好的穿透力，因而加热灯120可以采用红外短波加热灯，使得工件116的受热更加均匀。

更进一步地，如图2所示，所述热源腔室的侧壁上可以设置有加热灯基座102，加热灯120设置于加热灯基座102上。具体地，加热灯基座102可以设置在所述热源腔室的顶壁的外表面上，通过外接电源以对加热灯120供电，在该侧壁与加热灯基座102相对应的位置可以设置安装孔，使得加热灯120可以穿过侧壁上的安装孔设置在加热灯基座102上。

更进一步地，如图2所示，所述热源腔室外可以设置有外罩101，外罩101可以设置在与加热灯基座102同一侧的外壁上，以将加热灯基座102与外部环境电气隔离。

更进一步地，为了提高加热灯120的光利用率，如图2所示，所述热源腔室可以设置有反射屏105，反射屏105与加热灯120设置在所述热源腔室的同一侧的内壁上，从而将加热灯120发出的辐射反射至主腔室107中。具体地，反射屏105可以由表面光滑的金属制成，以提高反射率，反射屏105可以通过第二紧固件121固定在所述热源腔室的内壁上，在反射屏105上还可以设置有与加热灯基座102对应的圆孔，使得加热灯120可以穿过反射屏105设置在加热灯基座102上。

更进一步地，如图2所示，本发明所提供的加热腔室还可以包括透光的盖板119，盖板119可以设置于主腔室107和所述热源腔室的相接处，以将主腔室107和所述热源腔室分隔，使得主腔室107中的真空环境和所述热源腔室中的大气环境隔离。

由于加热工艺过程中，所述热源腔室内的温度较高，优选地，盖板119可以由耐高温材料制成，例如，石英等。应当理解的是，盖板119不应阻挡热量穿过。

更进一步地，为了保证主腔室107内的真空环境，如图2所示，盖板119与主腔室107的相接处设置有密封圈118，以将主腔室107内的环境密封。

更进一步地，如图2所示，本发明所提供的加热腔室还可以包括连接件106，以将主腔室107和所述热源腔室固定相连。具体地，连接件106可以为固定卡套，其一端固定在主腔室107上，另一端用于卡合所述热源腔室，使得主腔室107和所述热源腔室固定相连。

更进一步地，主腔室107侧壁上可以设置有冷却水路103，以对所述主腔室107进行冷却；或者，所述热源腔室的侧壁上可以设置有冷却水路103，以对所述热源腔室进行冷却，防止因高温对侧壁上的元件造成损害以及对操作人员伤害；或者，主腔室107的侧壁上和所述热源腔室的侧壁上均设置有冷却水路103。为了达到较好的冷却效果，作为本发明的一种优选实施方式，如图2所示，主腔室107中与所述热源腔室相连的侧壁上设置有冷却水路103，同时，所述热源腔室中与主腔室107相对的侧壁上也设置有冷却水路103。

更进一步地，主腔室107可以与外部腔室300选择性连通。具体地，该接口可以设置在主腔室107的侧壁上，腔室连接接口如图5和图6所示，其中，主腔室107的侧壁上和外部腔室300的侧壁上均设置有连接法兰402，两个连接法兰402通过门阀401相连，并且在连接处设置有密封圈118以保证主腔室107的真空环境，当在外部腔室300与主腔室107之间传输工件时，可以打开门阀401，当完成工件传输后，可以关闭门阀401以进行相应工艺操作。

图7为本发明所提供的加热腔室的应用场景示例图，如图7所示，大气机械手302从工件盒309中取出工件放入前端腔室308中，进行净化处理，之后，大气机械手302将工件放入传输通道303中，传输腔307中的真空机械手305从传输通道303中取出工件，放入本发明所提供的加热腔室304中进行加热。加热工艺完毕后，真空机械手305从加热腔室304中取出工件放入工艺腔306中进行相应工艺。需要说明的是，上述工艺腔306仅为示例，该腔室也可根据实际需要为其它工艺腔室。

上述为对发明所提供的加热腔室进行的描述，在本发明所提供的加热腔室中，主腔室内设置支撑机构，该支撑机构在动力源的带动下能够旋转，从而带动设置在支撑机构上的工件旋转，因而在加热工艺中，能够对工件进行更加均匀的加热以除去工件上吸附的水蒸气以及易挥发杂质，进而提高产品质量。

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 (14)

1.一种加热腔室，包括热源腔室和主腔室，所述热源腔室与所述主腔室固定连接，以对设置在所述主腔室内的工件进行加热，其特征在于，所述主腔室内还设置有用于支撑所述工件的支撑机构，所述支撑机构能够绕自身轴线旋转，所述主腔室内还设置有位置检测机构，所述位置检测机构用于检测所述支撑机构是否回到旋转的起点位置；

所述支撑机构包括托盘和传动件，所述工件能够设置在所述托盘上，所述传动件穿过所述主腔室的底壁，以连接在所述托盘和动力源之间，所述托盘为圆心角度不小于180°的扇环形结构。

2.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述主腔室的底壁上设置有沿所述底壁的厚度方向贯穿所述底壁的通孔，所述传动件穿过所述通孔，所述主腔室在所述通孔处密封。

3.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述托盘包括支撑部和限位部，所述支撑部用于支撑所述工件，所述限位部固定在所述支撑部的边缘，并向上延伸。

4.根据权利要求3所述的加热腔室，其特征在于，所述支撑机构还包括支撑件，所述支撑件包括直立部和水平板，所述直立部的一端与所述支撑部固定连接，所述直立部的另一端与所述水平板固定连接，所述传动件设置在所述水平板的下端面上。

5.根据权利要求1所述的加热腔室，其特征在于，所述位置检测机构包括传感器和传感器反射板，所述传感器反射板用于接收并反射所述传感器发出的光束，所述传感器和传感器反射板中的一者固定在所述主腔室的侧壁上，所述传感器和传感器反射板中的另一者能够随所述支撑机构旋转。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的加热腔室，其特征在于，所述热源腔室内设置有加热灯。

7.根据权利要求6所述的加热腔室，其特征在于，所述热源腔室的侧壁上设置有加热灯基座，所述加热灯设置于所述加热灯基座上，所述加热灯基座用于向所述加热灯供电。

8.根据权利要求7所述的加热腔室，其特征在于，所述热源腔室外设置有外罩，所述外罩用于将所述加热灯基座与外部环境电气隔离。

9.根据权利要求6所述的加热腔室，其特征在于，所述热源腔室中设置有反射屏，所述反射屏与所述加热灯设置在所述热源腔室的同一侧内壁上。

10.根据权利要求1至4中任意一项所述的加热腔室，其特征在于，所述加热腔室还包括透光的盖板，所述盖板用于将所述主腔室和所述热源腔室分隔。

11.根据权利要求10所述的加热腔室，其特征在于，所述盖板与所述主腔室的相接处设置有密封圈。

12.根据权利要求1至4中任意一项所述的加热腔室，其特征在于，所述加热腔室还包括连接件，以将所述主腔室和所述热源腔室相连。

13.根据权利要求1至4中任意一项所述的加热腔室，其特征在于，所述主腔室的侧壁上和/或所述热源腔室的侧壁上设置有冷却水路。

14.根据权利要求1至4中任意一项所述的加热腔室，其特征在于，所述主腔室与外部腔室选择性的连通。