CN106811739B - 半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室、感应线圈、外线圈和高度调节机构，其中，在反应腔室内设置有用于承载晶片的石墨托盘。感应线圈设置在反应腔室内，且位于该石墨托盘的上方或者下方，并且感应线圈为平面线圈，用以采用感应加热的方式加热石墨托盘。外线圈环绕设置在感应线圈的外围，用于在形成回路时，产生与感应线圈产生的磁场方向相反的感应磁场；高度调节机构用于调节外线圈相对于感应线圈的高度。本发明提供的半导体加工设备，其可以对由感应线圈形成的温度场进行调节，从而可以提高石墨托盘的温度均匀性。

Description

半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种半导体加工设备。
背景技术
化学气相沉积外延生长的基本原理是将反应气体输送到反应腔室内，并通过加热等方式使反应气体在衬底表面发生化学反应，获得的生长原子淀积在衬底表面上，并生长形成单晶层薄膜。化学气相沉积对温度场十分敏感，反应腔室内的温度及温度均匀性直接影响工艺结果，因此，对反应腔室的温度控制至关重要。现阶段，电磁感应加热因加热区域大、调节方便等特点，得到了广泛的应用。
现有的半导体加工设备包括反应腔室，在该反应腔室内设置有用于承载晶片的石墨托盘，且在反应腔室内，位于该石墨托盘的上方或下方上方设置有感应线圈，该感应线圈为平面线圈，且与低频感应电源电连接，用以产生交变磁场，该交变磁场使得石墨托盘发热，从而间接加热晶片。
但是，在实际应用中，由感应线圈形成的温度场并不均匀，导致石墨托盘中，在靠近感应线圈的轴心位置处产生的感应电流密度与远离感应线圈的轴心位置处产生的感应电流密度存在差异，从而造成石墨托盘的温度分布不均匀，进而对晶片工艺结果造成影响。
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，提出了一种半导体加工设备，其可以对由感应线圈形成的温度场进行调节，从而可以提高石墨托盘的温度均匀性。
为实现本发明的目的而提供一种半导体加工设备，包括反应腔室和感应线圈，在所述反应腔室内设置有用于承载晶片的石墨托盘；所述感应线圈设置在所述反应腔室内，且位于所述石墨托盘的上方或者下方，并且所述感应线圈为平面线圈，用以采用感应加热的方式加热所述石墨托盘，还包括外线圈和高度调节机构，其中，所述外线圈环绕设置在所述感应线圈的外围，用于在形成回路时，产生与所述感应线圈产生的磁场方向相反的感应磁场；所述高度调节机构用于调节所述外线圈相对于所述感应线圈的高度。
优选的，所述高度调节机构包括多个支撑柱、支撑环和驱动装置，其中，所述支撑环的轴线与所述感应线圈的轴线相互平行；所述多个支撑柱设置在所述支撑环上，且沿所述外线圈的周向均匀分布，用以支撑所述外线圈；所述驱动装置用于驱动所述支撑环上升或下降。
优选的，所述驱动装置为一个或多个，且多个驱动装置沿所述外线圈的周向间隔设置。
优选的，所述多个驱动装置沿所述外线圈的周向对称分布。
优选的，所述驱动装置包括气缸或者电机。
优选的，还包括通断装置，所述通断装置用于接通或断开所述外线圈的两个端部。
优选的，所述通断装置包括两个电极、连接棒、支撑件和升降装置，其中，所述两个电极相对设置，且分别与所述外线圈的两个端部连接，并且在所述两个电极彼此相对的表面上设置有槽部；所述连接棒位于所述两个电极之间，且所述连接棒的两个端部分别搭置在所述两个电极的槽部底面上，并且所述端部的侧面与所述槽部的侧面之间具有间隙；所述升降装置用于驱动所述支撑件上升，直至所述支撑件顶起所述连接棒，以使所述连接棒的两个端部与所述两个电极的槽部底面相分离；或者，驱动所述支撑件下降至低于所述两个电极的槽部底面的位置处，以使所述连接棒的两个端部在重力作用下下落至所述电极的槽部底面上。
优选的，所述升降装置包括气缸或者升降电机。
优选的，所述外线圈的匝数为单匝或者多匝，且多匝的所述外线圈为平面线圈。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的半导体加工设备，其通过利用环绕设置在感应线圈外围的外线圈在其形成回路时，产生与感应线圈产生的磁场方向相反的感应磁场，可以在需要时降低感应线圈上方远离其轴心位置处的感应电流密度，从而可以对由感应线圈形成的温度场进行调节，进而可以提高石墨托盘的温度均匀性。此外，借助高度调节机构，可以在由感应线圈产生的交变磁场发生变化(感应线圈的高度发生变化)时，调节外线圈相对于感应线圈的高度，以确保外线圈的调节作用不会减弱，从而可以提高外线圈的调节灵活性。
附图说明
图1A为本发明实施例提供的半导体加工设备的结构示意图；
图1B为本发明实施例中感应线圈和外形圈的俯视图；
图2A为本发明实施例采用的高度调节机构的结构示意图；
图2B为本发明实施例采用的高度调节机构的侧视图；
图3为本发明实施例采用的通断装置的结构示意图；以及
图4为不同状态下的温度均匀性曲线对比图。
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半导体加工设备进行详细描述。
图1A为本发明实施例提供的半导体加工设备的结构示意图。图1B为本发明实施例中感应线圈和外形圈的俯视图。请一并参阅图1A和图1B，半导体加工设备包括反应腔室100、感应线圈2、外线圈1及高度调节机构(图中未示出)。其中，在该反应腔室100内设置有用于承载晶片3的石墨托盘200；感应线圈2设置在反应腔室100内，且位于该石墨托盘200的下方。并且感应线圈2为平面线圈，通过利用低频感应电源向感应线圈2通入交变电流，可以产生交变的电磁场，当电磁场作用在石墨托盘200上时，可以使石墨托盘200发热，从而起到间接加热晶片3的作用。
外线圈1环绕设置在感应线圈2的外围，用于在形成回路时，产生与感应线圈2产生的磁场方向相反的感应磁场，该感应磁场可以降低感应线圈2上方远离其轴心位置处的感应电流密度，从而可以对由感应线圈2形成的温度场进行调节，进而可以提高石墨托盘的温度均匀性。在本实施例中，外线圈1为单匝线圈，且其形状为多边形，并且具有两个端部(11，12)。当两个端部(11，12)接通时，外线圈1形成回路，在由感应线圈2产生的交变磁场的作用下，外形圈1回路中形成的感应电流会产生感应磁场，且磁场方向与感应线圈产生的交变磁场方向相反，从而可以起到削弱感应线圈2上方远离其轴心位置处的磁场强度的作用。当两个端部(11，12)断开时，外线圈1不会对感应线圈2产生任何影响。在实际应用中，外线圈1还可以为诸如圆环、椭圆环等的其他任意结构。
一般来说，仅靠感应线圈2所产生的交变磁场无法获得较为均匀的温度场，对工艺结果存在影响。外线圈1的存在是为了使温度场更加均匀，高度调节机构是在此基础上，进一步使外线圈1对温度场的调节控制作用更加精准及稳定。
高度调节机构用于调节外线圈1相对于感应线圈2的高度，从而可以在由感应线圈产生的交变磁场发生变化(感应线圈的高度发生变化)时，确保外线圈的调节作用不会减弱，从而可以提高外线圈的调节灵活性。具体地，图2A为本发明实施例采用的外线圈的结构示意图。图2B为本发明实施例采用的外线圈的侧视图。请一并参阅图2A和图2B，高度调节机构包括多个支撑柱21、支撑环22及驱动装置23。其中，支撑环22的轴线与感应线圈2的轴线相互平行，这可以保证外线圈1所在水平面与感应线圈2所在水平面相互平行，从而当由感应线圈2产生的交变磁场和由外线圈1产生的感应磁场相互作用时，可以避免出现因二者距离不等而造成的调节偏差，从而可以提高外线圈的调节精度。
支撑柱21设置在支撑环22上，且沿外线圈1的周向均匀分布，用于对外线圈1起到支撑作用。驱动装置23用于驱动支撑环22上升或下降，从而带动外线圈1相对于感应线圈2上升或下降。在本实施例中，驱动装置23为一个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，优选的，为了使外线圈能够更稳定地升降，驱动装置可以设置为多个，且沿外线圈的周向间隔设置。进一步优选的，多个驱动装置沿外线圈的周向对称分布，以保证外线圈在上升或下降时，始终保持水平，即保证外线圈1所在水平面与感应线圈2所在水平面相互平行。在实际应用中，驱动装置可以为气缸或者升降电机。
图3为本发明实施例采用的通断装置的结构示意图。请参阅图3，半导体加工设备还包括通断装置，该通断装置用于接通或断开外线圈1的两个端部(11，12)。在本实施例中，通断装置采用机械方式实现外线圈1的两个端部(11，12)的接通或断开，该机械方式不仅可以降低设备成本，而且维护简单。具体地，通断装置包括两个电极(31，32)、连接棒33、支撑件34及升降装置35。其中，两个电极(31，32)竖直、且相对设置，并且采用条状结构。两个电极(31，32)分布与外线圈1的两个端部(11，12)连接，并且在两个电极(31，32)彼此相对的表面上设置由两个槽部(311，321)，两个槽部(311，321)的形状和尺寸相同，均为矩形。连接棒33水平设置在两个电极(31，32)之间，且连接棒33的两个端部分别搭置在两个槽部(311，321)的底面上，并且连接棒33的各个端部的侧面与各个槽部的侧面之间具有间隙，即，连接棒33的各个端部仅与槽部的底面相接触。
升降装置35用于驱动支撑件34上升，直至支撑件34顶起连接棒33，以使连接棒33的两个端部与两个槽部(311，321)的底面相互分离，此时连接棒33的各个端部与槽部完全不接触，从而实现两个电极(31，32)断开，进而使外线圈1形成回路。或者，升降装置35驱动支撑件34下降至低于两个槽部(311，321)底面的位置处，以使连接棒33的两个端部在自身重力的作用下，下落至两个槽部(311，321)的底面上，从而实现两个电极(31，32)连通，进而断开外线圈1的回路。升降装置35可以为气缸或者电机。
在实际应用中，升降装置35的行程应大于外线圈的可调节高度，以确保外线圈1移动至任意高度处，连接棒33均能够不与支撑件34接触。在此前提下，首先使用高度调节机构对外线圈的高度进行调节，待将外线圈的高度调节至所需位置后，连接棒33的高度也随之固定，然后使用通断装置对外线圈通断状态的精准控制，从而可以实现外线圈对感应线圈的磁场进行更为精准的调节功能。
图4为不同状态下的温度均匀性曲线对比图。如图4所示，横轴表示高温计采样点(8个不同位置处的采样点)，纵轴表示温度(单位为℃)，其中，曲线1为外线圈断开、感应线圈处于原始高度时的温度均匀性曲线；曲线2为外线圈闭合、感应线圈处于原始高度时的温度均匀性曲线；曲线3为外线圈闭合、感应线圈处于调整后高度时的温度均匀性曲线。对比曲线1和曲线2可知，外线圈闭合后，可以提高温度场的均匀性。若此时需要进一步提高温度场的均匀性，可以使用高度调节机构对外线圈的高度进行调节。对比曲线3和曲线2可知，在高度调整后的外线圈的作用下，温度场的均匀性得到进一步提高。
在进行工艺时，首先，通过感应线圈自身的交变磁场获得初步均匀的温度场；然后，根据温度均匀性以及工艺表现判断是否需要开启外线圈；最后，若开启外线圈之后，温度场仍然达不到均匀性以及工艺指标要求，则利用高度调节机构调整外线圈与感应线圈的相对高度。
需要说明的是，在本实施例中，外线圈的匝数为单匝，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，外线圈的匝数可以根据所需的感应磁场的强度大小设计为多匝，且多匝的外线圈仍为平面线圈。
还需要说明的是，在本实施例中，感应线圈2、外线圈1及高度调节机构均设置在石墨托盘200的下方，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，感应线圈、外线圈及高度调节机构还可以设置在石墨托盘的上方，同样可以起到加热石墨托盘的作用。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室和半导体加工设备，其中，在反应腔室内设置有用于承载晶片的石墨托盘，半导体加工设备用于采用感应加热的方式加热石墨托盘，从而间接加热晶片。该半导体加工设备采用本发明实施例提供的上述半导体加工设备。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的上述半导体加工设备，可以提高石墨托盘的温度均匀性，从而可以提高工艺均匀性。
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 (9)

1.一种半导体加工设备，包括反应腔室和感应线圈，在所述反应腔室内设置有用于承载晶片的石墨托盘；所述感应线圈设置在所述反应腔室内，且位于所述石墨托盘的上方或者下方，并且所述感应线圈为平面线圈，用以采用感应加热的方式加热所述石墨托盘，其特征在于，还包括外线圈和高度调节机构，其中，
所述外线圈环绕设置在所述感应线圈的外围，用于在形成回路时，产生与所述感应线圈产生的磁场方向相反的感应磁场；
所述高度调节机构用于调节所述外线圈相对于所述感应线圈的高度。
2.根据权利要求1所述的半导体加工设备，其特征在于，所述高度调节机构包括多个支撑柱、支撑环和驱动装置，其中，
所述支撑环的轴线与所述感应线圈的轴线相互平行；
所述多个支撑柱设置在所述支撑环上，且沿所述外线圈的周向均匀分布，用以支撑所述外线圈；
所述驱动装置用于驱动所述支撑环上升或下降。
3.根据权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，所述驱动装置为一个或多个，且多个驱动装置沿所述外线圈的周向间隔设置。
4.根据权利要求3所述的半导体加工设备，其特征在于，所述多个驱动装置沿所述外线圈的周向对称分布。
5.根据权利要求2所述的半导体加工设备，其特征在于，所述驱动装置包括气缸或者电机。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的半导体加工设备，其特征在于，还包括通断装置，所述通断装置用于接通或断开所述外线圈的两个端部。
7.根据权利要求6所述的半导体加工设备，其特征在于，所述通断装置包括两个电极、连接棒、支撑件和升降装置，其中，
所述两个电极相对设置，且分别与所述外线圈的两个端部连接，并且在所述两个电极彼此相对的表面上设置有槽部；
所述连接棒位于所述两个电极之间，且所述连接棒的两个端部分别搭置在所述两个电极的槽部底面上，并且所述端部的侧面与所述槽部的侧面之间具有间隙；
所述升降装置用于驱动所述支撑件上升，直至所述支撑件顶起所述连接棒，以使所述连接棒的两个端部与所述两个电极的槽部底面相分离；或者，驱动所述支撑件下降至低于所述两个电极的槽部底面的位置处，以使所述连接棒的两个端部在重力作用下下落至所述电极的槽部底面上。
8.根据权利要求7所述的半导体加工设备，其特征在于，所述升降装置包括气缸或者升降电机。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的半导体加工设备，其特征在于，所述外线圈的匝数为单匝或者多匝，且多匝的所述外线圈为平面线圈。
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