CN110996419B - 感应加热装置和半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种感应加热装置和半导体加工设备，感应加热装置用于半导体设备中对待加热件进行加热，包括感应线圈和磁场屏蔽结构，其中，磁场屏蔽结构与感应线圈之间电绝缘设置，且磁场屏蔽结构至少对应设置在感应线圈的背离待加热件的一侧，用于将感应线圈产生的部分磁场进行屏蔽。通过本发明提供的感应加热装置和半导体加工设备，能够提高感应加热效率。

Description

感应加热装置和半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种感应加热装置和半导体加工设备。

背景技术

目前，化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)是硅外延生长最常用的方法。常压化学气相沉积(Atmospheric Pressure CVD，APCVD)设备采用中频感应加热的方式，以石墨盘为发热体，通过热传导的形式为硅片提供温度条件。感应加热是利用电磁感应的方法使被加热的材料的内部产生电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的，具有升温速度快，降温速度快的特点，而且温度均匀性可以通过调整线圈的方式加以控制。

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，提出了一种感应加热装置和半导体加工设备，能够提高感应加热效率。

为实现本发明的目的而提供一种感应加热装置，用于半导体设备中对待加热件进行加热，所述感应加热装置包括感应线圈和磁场屏蔽结构，其中，所述磁场屏蔽结构与所述感应线圈之间电绝缘设置，且所述磁场屏蔽结构至少对应设置在所述感应线圈的背离所述待加热件的一侧，用于将所述感应线圈产生的部分磁场进行屏蔽。

优选的，所述磁场屏蔽结构包括导磁件，所述导磁件中设置有凹槽，所述感应线圈的背离所述待加热件的部分设置在所述凹槽中，并且，所述凹槽与所述感应线圈之间设置有绝缘件，用以使所述感应线圈与所述导磁件电绝缘。

优选的，所述凹槽为螺旋型凹槽；构成所述感应线圈的金属线沿所述螺旋型凹槽的延伸方向缠绕。

优选的，所述凹槽的深度大于等于所述金属线的径向截面的高度的三分之一且小于等于所述金属线的径向截面的高度的一半。

优选的，所述磁场屏蔽结构的制作材料包括硅钢片、铁氧体、导磁泥中的一种或多种。

优选的，所述感应线圈的金属线至少背离所述待加热件的部分的表面上覆盖绝缘材料。

优选的，构成所述感应线圈的金属线的整个表面上均覆盖绝缘材料。

优选的，所述绝缘材料包括聚四氟乙烯。

优选的，构成所述感应线圈的金属线为方形紫铜线圈。

为实现本发明的目的，本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室和交流电源，所述反应腔室中设置有基座，其特征在于，所述半导体加工设备还包括设置在所述反应腔室外部，且与基座相对设置的感应加热装置，其中，所述感应加热装置采用如本发明提供的感应加热装置，所述感应加热装置中的所述感应线圈与所述交流电源电连接，用于对所述基座进行感应加热。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的感应加热装置，借助至少设置在感应线圈的背离待加热件的一侧的磁场屏蔽结构，将感应线圈产生的部分磁场束缚在磁场屏蔽结构内，以减少感应线圈产生的磁场向外扩散而未作用在待加热件上的量，从而减少感应线圈产生的磁场作用在其它物质上，而被消耗的能量，进而提高感应加热效率。

本发明提供的半导体加工设备，借助本发明提供的感应加热装置对基座进行感应加热，以能够提高感应加热效率。

附图说明

图1为现有技术中的感应加热系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的感应加热装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的感应加热装置和基座的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的感应加热装置中感应线圈的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的感应加热装置中磁场屏蔽结构的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的半导体加工设备的结构示意图；

附图标记说明：

100-平面线圈；101-石墨盘；102-磁感应线；1-基座；2-感应线圈；21-金属线；3-绝缘材料；4-磁场屏蔽结构；41-凹槽；5-磁感线；6-反应腔室；7-交流电源；8-基片。

具体实施方式

本申请在进行半导体工艺过程中发现，感应加热系统的基本组成包括平面线圈100，交流电源和石墨盘101，其中，平面线圈100固定在腔室底板的支撑柱上，并与交流电源相连，石墨盘101位于线圈上方。交流电源为平面线圈100提供交变电流，流过平面线圈100的交变电流产生一个通过石墨盘101的交变磁场，该交变磁场会使石墨盘101中产生涡流，以使石墨盘101加热。

但是，如图1所示，由于磁感应线102(图1中的磁感应线102仅是为了便于对磁场进行示意，并不真实存在)是环绕电流的闭合曲线，因此，平面线圈100的上下两侧均会形成对称相等的磁感应线102，而平面线圈100下侧的磁感应线102在通过空气以及其它磁导率较低的材料时均会消耗能量，甚至造成磁导率较低的材料产生发热现象，这就导致平面线圈100下侧的磁感应线102会消耗大量交流电源提供的能量，从而导致感应加热效率低的问题，降低了产品竞争力。

有鉴于此，本申请提供了一种感应加热装置和半导体加工设备。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感应加热装置和半导体加工设备进行详细描述。

如图2-图6所示，本实施例提供一种感应加热装置，用于半导体设备中对待加热件进行加热，感应加热装置包括感应线圈2和磁场屏蔽结构4，其中，磁场屏蔽结构4与感应线圈2之间电绝缘设置，且磁场屏蔽结构4至少对应设置在感应线圈2的背离待加热件的一侧，用于将感应线圈2产生的部分磁场进行屏蔽。

本实施例提供的感应加热装置，借助至少设置在感应线圈2的背离待加热件的一侧的磁场屏蔽结构4，将感应线圈2产生的部分磁场束缚在磁场屏蔽结构4内，以减少感应线圈2产生的磁场向外扩散而未作用在待加热件上的量，从而减少感应线圈2产生的磁场作用在其它物质上而被消耗的能量，进而提高感应加热效率。

具体的，以待加热件为基座1，感应线圈2为设置在基座1下方的平面螺旋感应线圈为例进行说明。平面螺旋感应线圈是指构成感应线圈2的金属线21在一个平面上，以一个中心逐渐向外环绕所形成的螺旋状。平面螺旋感应线圈包括朝向基座1的一面和背离基座1的一面。平面螺旋感应线圈朝向基座1的一面会产生磁场，同样背离背离基座1的也会产生磁场，其中，朝向基座1产生的磁感线5会穿过基座1(图3中的磁感线5仅是为了便于对磁场进行示意，并不真实存在)，基座1在磁场的作用下会产生涡流，依靠这些涡流的能量基座1得以被加热。通过将磁场屏蔽结构4至少设置在平面螺旋感应线圈背离基座1的一侧，以将平面螺旋感应线圈背离基座产生的磁场(也即，感应线圈产生的部分磁场)进行屏蔽，避免平面螺旋感应线圈产生的磁场能量朝背离基座1的方向扩散至其它物质上，导致这部分磁场的能量被其它物质消耗浪费。磁场屏蔽结构4的设置，使得平面螺旋感应线圈产生的磁场大多作用在基座1上，以使磁场的能量大部分被基座1所消耗，进而提高对基座1的加热效率。当然，待加热件和感应线圈2的形式并不限于此，例如，待加热件还可以是加热筒，感应线圈2为环绕在加热筒周围的环形感应线圈2。

磁场屏蔽结构4设置在感应线圈背离加热件的一侧，能够对磁场进行屏蔽，优选地，磁场屏蔽结构4采用高磁导率的材料所制作，且磁场屏蔽结构4的磁导率远大于空气，使得其对于磁场导通的阻力很小，这就使得磁场在磁场屏蔽结构4中更容易导通，从而能够将磁场束缚在其中，并且，正是因为磁场屏蔽结构4对于磁场导通的阻力很小，也使得磁场在通过磁场屏蔽结构4时所消耗的能量很小。

在本实施例中，磁场屏蔽结构4与感应线圈2之间电绝缘是为了避免感应线圈2上的电流流至磁场屏蔽结构4上，从而避免感应线圈2产生的磁场能量透过磁场屏蔽结构4向外扩散。

在本实施例中，磁场屏蔽结构4包括导磁件，导磁件中设置有凹槽41，感应线圈2的背离待加热件的部分设置在凹槽41中，并且，凹槽41与感应线圈2之间设置有绝缘件，用以使感应线圈2与导磁件电绝缘。通过将感应线圈2的背离待加热件的部分设置在导磁件的凹槽41中，以使导磁件能够将感应线圈2产生的朝向背离待加热件的方向扩散的磁场束缚在凹槽41中，从而实现对感应线圈2朝向背离待加热件的方向产生的磁场进行屏蔽。另外，凹槽41与感应线圈2的侧边重合的部分，还能够对感应线圈2的侧边磁场能量进行屏蔽，提高对感应线圈2产生的磁场屏蔽的面积，进一步提高感应加热效率。

如图4和图5所示，在本实施例中，凹槽41为螺旋型凹槽；构成感应线圈2的金属线21沿螺旋型凹槽的延伸方向缠绕。即，导磁件中的凹槽41形成平面螺旋状，构成感应线圈2的金属线21也形成平面螺旋状，且构成感应线圈2的金属线21形成的平面螺旋状与凹槽41形成的平面螺旋状相同，以使构成感应线圈2的金属线21形成平面螺旋状所环绕的每一圈均能够嵌入至导磁件的凹槽41中，以使导磁件能够对感应线圈2的金属线21的每一圈产生的朝向背离待加热件的方向扩散的磁场进行屏蔽，从而提高对感应线圈2产生的磁场屏蔽的面积，进一步提高感应加热效率。

在本实施例中，凹槽41的深度(如图2中长度A所示)大于等于金属线21的径向截面的高度(如图2中长度B所示)的三分之一且小于等于金属线21的径向截面的高度的一半，即，图2中长度A为大于等于长度B的三分之一且小于等于长度B的一半，以避免导磁件屏蔽感应线圈2在对应作用区域的部分产生的磁场。

在本实施例中，构成感应线圈2的金属线21为方形紫铜线圈。即，感应线圈2的金属线21选用紫铜材质制作成方形，以便于感应线圈2以及金属线21的加工。但是，感应线圈2的金属线21的类型、制作材料和形状并不以此为限。

在本实施例中，构成感应线圈2的金属线21采用实心金属线21。

在实际应用中，磁场屏蔽结构4的制作材料包括硅钢片、铁氧体、导磁泥中的一种或多种。这几种材料都具有较高的磁导率，当使用硅钢片和铁氧体中的一种或多种制作导磁件时，可以直接将硅钢片和铁氧体弯折加工成平面螺旋状的凹槽41，当使用导磁泥制作导磁件时，可以直接将导磁泥涂覆在感应线圈2对应作用区域的部分上。

在本实施例中，磁场屏蔽结构4采用硅钢片制作，这是由于硅钢片不仅具有高的磁导率，还具有良好的强度，可以避免由于高温引起的变形或者碎裂。

在本发明的一种实施例中，感应线圈2的金属线21至少背离待加热件的部分的表面上覆盖绝缘材料3，以实现磁场屏蔽结构4与感应线圈2之间电绝缘。

在本发明的另一种实施例中，构成感应线圈2的金属线21的整个表面上均覆盖绝缘材料3，即，金属线21的外表面上完全覆盖绝缘材料3，这样不仅可以实现磁场屏蔽结构4与感应线圈2之间电绝缘，还可以避免金属线21上的电流流至其它物质上，避免对加工工艺造成影响。

在本实施例中，绝缘材料3包括聚四氟乙烯。但是，绝缘材料3的类型并不以此为限。

如图6所示，本实施例还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室6、交流电源7和感应加热装置，反应腔室6中设置有基座1，感应加热装置设置在反应腔室6外部，且与基座1相对设置，其中，感应加热装置采用如本实施例提供的感应加热装置，感应加热装置中的感应线圈2与交流电源电连接，用于对基座1进行感应加热。交流电源用于向感应线圈2提供交变电流，交变电流在流过感应线圈2时会产生一个交变磁场，该磁场可以使基座1产生涡流来加热，基座1用于承载基片8，并可在工艺过程中对基片8进行加热，以使基片8达到工艺温度。

本实施例提供的半导体加工设备，借助实施例明提供的感应加热装置对基座1进行感应加热，以能够提高感应加热效率。

综上所述，本实施例提供的感应加热装置和半导体加工设备，能够提高感应加热效率。

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 (8)

1.一种感应加热装置，用于半导体设备中对待加热件进行加热，其特征在于，所述感应加热装置包括感应线圈和磁场屏蔽结构，其中，所述磁场屏蔽结构与所述感应线圈之间电绝缘设置，且所述磁场屏蔽结构至少对应设置在所述感应线圈的背离所述待加热件的一侧，用于将所述感应线圈产生的部分磁场进行屏蔽；

所述磁场屏蔽结构包括导磁件，所述导磁件中设置有凹槽，构成所述感应线圈的金属线的背离所述待加热件的部分设置在所述凹槽中，并且，所述凹槽与所述感应线圈之间设置有绝缘件，用以使所述感应线圈与所述导磁件电绝缘；

所述凹槽为螺旋型凹槽；构成所述感应线圈的金属线沿所述螺旋型凹槽的延伸方向缠绕。

2.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述凹槽的深度大于等于所述金属线的径向截面的高度的三分之一且小于等于所述金属线的径向截面的高度的一半。

3.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述磁场屏蔽结构的制作材料包括硅钢片、铁氧体、导磁泥中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，所述感应线圈的金属线至少背离所述待加热件的部分的表面上覆盖绝缘材料。

5.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，构成所述感应线圈的金属线的整个表面上均覆盖绝缘材料。

6.根据权利要求4或5所述的感应加热装置，其特征在于，所述绝缘材料包括聚四氟乙烯。

7.根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于，构成所述感应线圈的金属线为方形紫铜线圈。

8.一种半导体加工设备，包括反应腔室和交流电源，所述反应腔室中设置有基座，其特征在于，所述半导体加工设备还包括设置在所述反应腔室外部，且与基座相对设置的感应加热装置，其中，所述感应加热装置采用如权利要求1-7任意一项所述的感应加热装置，所述感应加热装置中的所述感应线圈与所述交流电源电连接，用于对所述基座进行感应加热。

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