CN114351107A - 承载装置及半导体工艺设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种承载装置及半导体工艺设备，其中，承载装置包括：安装座，安装座的周向侧壁与真空腔室的底壁密封连接，安装座具有朝向真空腔室内的真空环境的真空侧以及朝向真空腔室外的大气环境的大气侧，安装座具有导电部，且导电部用于与位于大气侧的电源装置电性连接；加热器，位于真空侧且可拆卸地安装在安装座上，加热器具有加热元件和第一导电配合部，加热元件与第一导电配合部电性连接，当加热器安装在安装座上时，第一导电配合部与导电部电性配合，以使加热元件与电源装置电性连接。在加热器进行更换或维修过程中，安装座和电源装置无需进行拆卸，只需要将加热器由安装座上拆卸下来或安装至安装座上即可，加热器的拆装更为便捷。

Description

承载装置及半导体工艺设备

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种承载装置及半导体工艺设备。

背景技术

目前，在物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)等沉积设备的工艺腔室(内部通常为真空环境)中，用于承载晶圆(wafer)的结构可以通过增加加热功能来改善晶圆的工艺均匀性。例如，通过具有加热器的承载装置对晶圆进行承载和加热。在上述现有的承载装置中，加热器的顶面用于承载晶圆。随着使用时间的累积，加热器容易发生被镀、腐蚀等问题，导致加热器不能满足工艺要求，此时便需要对加热器进行更换或维修。然而，现有承载装置中加热器的拆卸和安装十分不便，费时费力，并且加热器安装的一致性对于安装人员而言也具有较高的要求。

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，提出了一种承载装置及半导体工艺设备。

第一方面，本发明提供一种承载装置，设置在真空腔室的底部，用于承载待加工晶圆并对该待加工晶圆进行加热，承载装置包括：安装座，安装座的周向侧壁与真空腔室的底壁密封连接，安装座具有朝向真空腔室内的真空环境的真空侧以及朝向真空腔室外的大气环境的大气侧，安装座具有导电部，且导电部用于与位于大气侧的电源装置电性连接；加热器，位于真空侧且可拆卸地安装在安装座上，加热器具有加热元件和第一导电配合部，加热元件与第一导电配合部电性连接，当加热器安装在安装座上时，第一导电配合部与导电部电性配合，以使加热元件与电源装置电性连接。

进一步地，加热器包括加热主体和支撑轴，加热元件设置在加热主体内，加热主体用于承载待加工晶圆，支撑轴由绝缘材料制成，支撑轴的第一端与加热主体定位连接，支撑轴的第二端设有第一导电配合部，第一导电配合部包括供电端子和供电端子孔中的一个；安装座具有安装槽，安装槽的形状与支撑轴的形状相适配，安装槽的槽底设有导电部，导电部包括供电端子和供电端子孔中的另一个，其中，支撑轴的第二端由安装槽的开口插入至安装槽内，以使加热器安装至安装座上，并且供电端子插入至供电端子孔内，以使加热元件与电源装置电性连接。

进一步地，加热主体朝向支撑轴的端面设有第一定位销和第一定位孔中的一个，支撑轴的第一端的端面设有第一定位销和第一定位孔中的另一个，第一定位销插入至第一定位孔内，以对加热主体与支撑轴之间进行定位；和/或，加热主体朝向支撑轴的端面与支撑轴的第一端的端面之间形成有隔热间隙，隔热间隙与真空腔室内的真空环境连通。

进一步地，供电端子包括供电端子本体和用于将供电端子本体与加热元件进行连接的连接结构；支撑轴包括支撑轴主体、固定部以及限位部，支撑轴主体的第一端与加热主体定位连接，支撑轴主体的第二端与固定部连接，限位部与固定部背离支撑轴主体的一侧连接，其中，固定部具有第一容置槽和第一穿设孔，限位部具有第一限位孔，第一容置槽、第一穿设孔以及第一限位孔沿支撑轴的延伸方向依次连通，部分供电端子本体被限位固定于第一容置槽内，且供电端子本体的自由端通过第一穿设孔和第一限位孔向外穿出。

进一步地，支撑轴主体具有第一穿设通道，第一穿设通道的一端与加热主体上设置加热元件的位置连通，另一端与第一容置槽连通；加热元件包括铠装加热丝，铠装加热丝的连接端沿第一穿设通道穿至靠近固定部的位置，供电端子本体的连接端由第一容置槽穿入至第一穿设通道中与铠装加热丝的连接端进行连接；连接结构包括第一金属套筒、第二金属套筒、第三金属套筒、第一绝缘衬套以及第二绝缘衬套，其中，第一绝缘衬套套设在供电端子本体上由第一容置槽穿入至第一穿设通道中的部分；第二绝缘衬套套设在供电端子本体与铠装加热丝的连接处；第一绝缘衬套与第二绝缘衬套在靠近连接处的位置相连接；供电端子本体的连接端与铠装加热丝的连接端在连接处焊接连接；

第一金属套筒位于第一容置槽内且套设在第一绝缘衬套外侧，第一金属套筒同时与第一绝缘衬套和供电端子本体焊接连接；

第二金属套筒套设在第一绝缘衬套与第二绝缘衬套的相连接的区域；第二金属套筒与第一绝缘衬套焊接连接，第二金属套筒与第一金属套筒相互间隔，供电端子本体的连接端凸出于第二金属套筒和第一绝缘衬套；

第三金属套筒套设在第二绝缘衬套外侧，第三金属套筒的两端分别与第二金属套筒和铠装加热丝的金属外壳焊接连接。

进一步地，导电部还用于与位于大气侧的信号采集装置电性连接；加热器具有测温元件，测温元件的测温端与加热主体接触配合，支撑轴的第二端设有第二导电配合部，测温元件的连接端与第二导电配合部电性连接，当支撑轴的第二端插入至安装槽内时，第二导电配合部与导电部电性配合，以使测温元件与信号采集装置电性连接。

进一步地，第二导电配合部包括信号传输端子和信号传输端子孔中的一个，导电部还包括信号传输端子和信号传输端子孔中的另一个，其中，当支撑轴的第二端插入至安装槽内时，信号传输端子插入至信号传输端子孔内，以使测温元件与信号采集装置电性连接。

进一步地，信号传输端子包括信号传输端子本体和与信号传输端子本体相配合的弹性件；支撑轴包括支撑轴主体、固定部以及限位部，支撑轴主体的第一端与加热主体定位连接，支撑轴主体的第二端与固定部连接，限位部与固定部背离支撑轴主体的一侧连接，其中，固定部具有容置孔，限位部具有第二限位孔，容置孔与第二限位孔连通，信号传输端子本体可移动地设置在容置孔中，信号传输端子本体的自由端通过第二限位孔向外穿出，弹性件设置于容置孔中并用于对信号传输端子本体施加弹力，以在信号传输端子本体插入至信号传输端子孔内时将其进行压紧。

进一步地，固定部还具有第二容置槽，第二容置槽位于固定部朝向支撑轴主体的一侧且与容置孔连通；信号传输端子本体包括金属杆和金属帽，金属杆穿设在容置孔和第二限位孔中，金属帽由金属杆的自由端套设在金属杆上；测温元件包括热电偶，热电偶穿设在支撑轴主体中，热电偶的连接端引出热电偶裸丝，热电偶裸丝经由第二容置槽穿入至容置孔和第二限位孔中，且热电偶裸丝通过金属帽被压紧在金属杆的外壁上。

进一步地，电源装置包括射频电源；加热器具有射频引入件，射频引入件的一端与加热主体接触配合，射频引入件的另一端由支撑轴的第二端向外穿出；导电部还包括射频引入插孔，其中，当支撑轴的第二端插入至安装槽内时，射频引入件穿出的一端插入至射频引入插孔内，以使射频引入件与射频电源电性连接。

进一步地，固定部朝向支撑轴主体的端面设有第二定位销和第二定位孔中的一个，支撑轴主体的第二端的端面设有第二定位销和第二定位孔中的另一个，第二定位销插入至第二定位孔内，以对固定部与支撑轴主体之间进行定位；和/或，固定部与支撑轴主体之间通过第一紧固件进行紧固连接；和/或，固定部与限位部之间通过第二紧固件进行紧固连接。

第二方面，本发明还提供一种半导体工艺设备，包括真空腔室和设置在真空腔室的底部的承载装置，承载装置为上述的承载装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的承载装置用于承载待加工晶圆并对该待加工晶圆进行加热，承载装置包括加热器和安装座，安装座的周向侧壁与真空腔室的底壁密封连接，安装座具有导电部且导电部用于与电源装置电性连接，加热器可拆卸地安装在安装座上，加热器具有加热元件和第一导电配合部，加热元件与第一导电配合部电性连接。当加热器安装在安装座上时，第一导电配合部与导电部电性配合，以使加热元件与电源装置电性连接，从而实现通过电源装置对加热元件进行供电，这样使承载待加工晶圆的加热器自身便可以实现加热，热量在传递至待加工晶圆过程中的损失较小，加热效果好，且有利于温度控制。

由于加热器可拆卸地安装在安装座上，并且当加热器安装在安装座上时可通过第一导电配合部与导电部的电性配合来实现加热元件与电源装置的电性连接，加热器无需连接导线，从而避免了现有加热器在拆装时需要接线的不便，并且在加热器进行更换或维修过程中，安装座和电源装置无需进行拆卸，只需要将加热器由安装座上拆卸下来或安装至安装座上即可，加热器的拆卸和安装均较为便捷，省时省力，有利于提高加热器的拆装效率，满足加热器的快速拆装需求。另外，加热器的拆装操作始终在真空腔室内的真空环境中进行，且安装座在此过程中无需进行拆卸，这样可以保证真空腔室内、外的真空环境与大气环境之间始终保持完全密封隔离，从而避免加热器的拆装操作带来的密封性问题。

附图说明

图1为现有技术中的加热器与真空腔室的结构示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的承载装置与真空腔室的结构示意图；

图3为根据本发明的一个实施例的承载装置的加热器的结构示意图；

图4为图3的加热器的俯视角度的结构示意图；

图5为图3的加热器的纵向剖视示意图；

图6为图5的加热器的加热主体及加热主体与支撑轴连接处的放大示意图；

图7为图3的加热器的供电端子的结构示意图；

图8为图3的加热器的信号传输端子的结构示意图；

图9为图3的加热器的支撑轴的固定部的结构示意图；

图10为图9的固定部的另一角度的结构示意图；

图11为图3的加热器的支撑轴的限位部的结构示意图；

图12为图3的加热器的支撑轴的固定部与限位部的连接关系示意图。

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承载装置及半导体工艺设备进行详细描述。

图1示出了现有的可用于承载并加热晶圆的加热器的具体结构。如图1所示，加热器包括加热主体1和支撑轴2，加热主体1位于真空腔室3内并用于承载晶圆，支撑轴2的第一端与加热主体1固定连接，第二端与真空腔室3的底壁固定连接，支撑轴2用于承载加热主体1。加热主体1内设有发热丝4，支撑轴2的内部具有中空通道5，该中空通道5的两端分别与加热主体1和外部大气连通，发热丝4通过穿设在中空通道5内的导线7与外部电源6电性连接。

其中，中空通道5与外部大气连通，即中空通道5内处于大气环境。加热器朝向大气环境的一侧(即对应于加热器与大气环境接触部分的一侧)可看作是大气侧(详见图1中标注)；加热器朝向真空环境的一侧(即对应于加热器与真空环境接触部分的一侧)可看作是真空侧(详见图1中标注)。加热器的大气侧与真空侧之间应完全密封隔离。加热器的加热主体1通过支撑轴2安装在真空腔室3的底壁上，导线7由支撑轴2的中空通道5向外穿出(即导线7位于大气侧)。当加热器需要进行更换或维修时，安装人员将对加热器进行拆卸和安装。其中，拆卸加热器过程为：先将位于大气侧的导线7和外部电源6拆除，再将加热主体1和支撑轴2由真空腔室3的底壁拆卸下来；安装加热器过程为：先将加热主体1和支撑轴2安装至真空腔室3的底壁，再将位于大气侧的导线7与加热主体1、外部电源6进行连接，最后安装外部电源6。由此可知，无论是加热器的拆卸还是安装均十分不便，费时费力。同时，由于加热器每次安装后需要保证一致性(例如加热器每次安装后的所处位置、角度等应基本一致)，这对于安装人员而言具有较高的要求。

本发明提供了一种承载装置，该承载装置设置在半导体工艺设备的真空腔室200的底部，主要用于承载待加工晶圆并对该待加工晶圆进行加热。其中，采用上述承载装置的半导体工艺设备的类型并不作限定，可以为任何具有真空腔室200且需要对待加工晶圆进行加热以改善工艺均匀性的设备，例如，半导体工艺设备为物理气相沉积设备、化学气相沉积设备等。

如图2所示，在一些实施例中，承载装置包括加热器10和用于安装加热器10的安装座20。待加工晶圆(图中未示出)放置在加热器10上，加热器10具有加热元件，通过加热元件对待加工晶圆进行加热，即上述承载装置具备加热功能，从而提高对于待加工晶圆的工艺均匀性的改善效果。

具体地，安装座20的周向侧壁与真空腔室200的底壁密封连接，其中“密封连接”指的是安装座20的周向侧壁与真空腔室200的底壁的连接处(呈环形)不存在能够连通两侧空间的缝隙，这样可以使该连接处两侧空间相互独立。而上述连接处的两侧空间分别对应于真空腔室200内的真空环境和真空腔室200外的大气环境，因此通过安装座20的周向侧壁与真空腔室200的底壁的密封连接，即可实现真空腔室200内、外的真空环境与大气环境之间的完全密封隔离。安装座20具有朝向真空腔室200内的真空环境的真空侧A(即对应于安装座20与真空环境接触部分的一侧)，以及朝向真空腔室200外的大气环境的大气侧B(即对应于安装座20与大气环境接触部分的一侧)。另外，安装座20具有导电部，且导电部用于与位于大气侧B的电源装置30电性连接。

加热器10位于真空侧A，也就是说加热器10整体处于真空腔室200内的真空环境中。加热器10可拆卸地安装在安装座20上。加热器还具有第一导电配合部，加热元件与第一导电配合部电性连接。当加热器10安装在安装座20上时，第一导电配合部与导电部电性配合，以使加热元件与电源装置30电性连接，从而实现通过电源装置30对加热元件进行供电，这样使承载待加工晶圆的加热器10自身便可以实现加热，热量在传递至待加工晶圆过程中的损失较小，加热效果好，且有利于温度控制。

由于加热器10可拆卸地安装在安装座20上，并且当加热器10安装在安装座20上时可通过第一导电配合部与导电部的电性配合来实现加热元件与电源装置30的电性连接，加热器10无需连接导线，从而避免了现有加热器在拆装时需要接线的不便，并且在加热器10进行更换或维修过程中，安装座20和位于大气侧B的电源装置30无需进行拆卸，只需要将加热器10由安装座20上拆卸下来或安装至安装座20上即可，加热器10的拆卸和安装均较为便捷，省时省力，有利于提高加热器10的拆装效率，满足加热器10的快速拆装需求。另外，加热器10的拆装操作始终在真空侧A进行，且安装座20在此过程中无需进行拆卸，这样可以保证真空腔室200内、外的真空环境与大气环境之间始终保持完全密封隔离，从而避免加热器10的拆装操作带来的密封性问题。

如图2至图6所示，在一些实施例中，加热器10包括加热主体11，加热元件设置在加热主体11内，加热主体11用于承载待加工晶圆。具体地，在图中示出的实施例中，加热主体11整体大致呈盘状，主要包括上层基板112和下层背板113，上层基板112和下层背板113采用金属材料制成，例如SUS304不锈钢或A6061铝合金等导热性较好的金属材料。上层基板112和下层背板113可以采用钎焊等方式进行连接，加热元件设置在两者之间。其中，加热元件的具体类型并不作限定，可以为任何能够实现加热且适用于加热器具体结构的元件，例如加热元件包括铠装加热丝14，具体在本实施例中采用单芯铠装加热丝。另外，加热主体11可以采用多分区加热模式，也可以采用非分区的单区加热模式，具体加热模式与加热元件布置方式之间存在关联，由于该部分为较为成熟的技术，在此不再赘述。

加热器10还包括支撑轴12，支撑轴12的第一端与加热主体11定位连接。支撑轴12的轴线方向与加热主体11所在平面之间呈角度设置，优选为呈90度设置。支撑轴12用于对加热主体11进行支撑。安装座20具有安装槽21，安装槽21的形状与支撑轴12的形状相适配，通过支撑轴12的第二端由安装槽21的开口插入至安装槽21内可以使加热器10安装固定至安装座20上，从而实现加热器10与安装座20的快速插接安装。其中，支撑轴12与安装槽21的槽壁和槽底之间可以全部相互贴合，也可以至少部分间隙配合，无论两者之间如何配合，只要保证加热器10能够固定在安装座20上即可。

进一步地，支撑轴12的第二端设有第一导电配合部，安装槽21的槽底设有导电部，当支撑轴12的第二端插入至安装槽21后，第一导电配合部与导电部电性配合。如图2所示，第一导电配合部包括设置在支撑轴12的第二端的供电端子13，该供电端子13与加热元件电性连接。导电部包括设置在安装槽21的槽底的供电端子孔，该供电端子孔与电源装置30电性连接。当支撑轴12插入至安装槽21内后，供电端子13插入至供电端子孔内实现导通，从而使加热元件与电源装置30电性连接。当然，可以理解地，在图中未示出的其他实施例中，第一导电配合部也可以包括设置在支撑轴12的第二端的供电端子孔，该供电端子孔与加热元件电性连接，导电部也可以包括设置在安装槽21的槽底的供电端子13，该供电端子13与电源装置30电性连接。上述加热器10通过供电端子13和供电端子孔配合的快插形式，实现快速安装至安装座20上且同时实现加热元件与电源装置30的电性连接，从而实现为加热元件供电，避免了传统加热器需要导线连接的不便，安装方便快捷，更为适用于在真空环境中进行的安装操作。另外，上述供电端子13和供电端子孔的插接在一定程度上也能够对加热器10与安装座20之间进行安装定位，从而有利于保证加热器10每次安装后的一致性，使安装人员安装操作更为便捷。

需要说明的是，安装座20的具体结构以及与真空腔室200的底壁的安装方式并不作限定。在图2示出的具体实施例中，安装座20大致呈一端开口且一端封闭的筒状，其内部空间形成安装槽21，真空腔室200的底壁上设有安装通孔201，安装座20穿设在该安装通孔201中，安装座20的周向侧壁上设有环形凸缘22，环形凸缘22搭设在真空腔室200的底壁靠近安装通孔201的部位上，且环形凸缘22与真空腔室200的该部分底壁之间密封连接。

另外，导电部的构成方式并不作限定。在图2示出的具体实施例中，可以将安装座20设置为整体由导电材料制成，此时安装座20上的供电端子孔以及安装座20的整个实体结构共同构成导电部，电源装置30通过导线等电传导结构直接与安装座20的任意一处连接，即可实现供电端子孔与电源装置30的电性连接。需要注意的是，由于真空腔室200的腔壁一般会接地，当采用上述安装座20时，安装座20与真空腔室200的底壁之间需要进行绝缘。当然，在图中未示出的其它实施例中，也可以将安装座20的供电端子孔周围的一部分实体结构采用导电材料制成，此时该部分实体结构和供电端子孔共同构成导电部；或者，还可以仅将供电端子孔的孔壁采用导电材料制成，通过导线穿入安装座20底部并与供电端子孔的孔壁电性连接，并且该导线与电源装置30电性连接，此时供电端子孔构成导电部。

在图2至图6示出的具体实施例中，支撑轴12由绝缘材料制成。其中，绝缘材料的具体类型并不作限定，优选为绝缘陶瓷，例如氧化铝或氧化锆。通常情况下，整体均导电的安装座20与电源装置30电性连接后，安装座20的一部分通过电源装置30接地，如果将支撑轴12设置为导电材料制成，支撑轴12与安装座20的接地部分之间会存在电位差，容易发生射频打火现象，可能会对支撑轴12、安装座20等部件产生损坏，影响工艺正常进行。因此，将支撑轴12设置为由绝缘材料制成，这样可以有效地避免支撑轴12与安装座20之间发生射频打火现象。此外，支撑轴12采用绝缘陶瓷等导热系数低的绝缘材料，这样还可以有效地减少加热主体11向支撑轴12的第二端的热传导，从而避免供电端子13与供电端子孔连接处过热。

如图5和图6所示，在一些实施例中，加热主体11朝向支撑轴12的端面设有第一定位销111，支撑轴12的第一端的端面设有第一定位孔121。第一定位销111插入至第一定位孔121内，以对加热主体11与支撑轴12之间进行定位，从而实现加热主体11与支撑轴12之间的快速装配，便于安装维护。其中，第一定位销111与第一定位孔121成对设置，其数量可以根据实际需要进行设计，例如可以设置为对称设置的两对。在图中示出的具体实施例中，加热主体11还包括延伸轴114(一般高度在30mm左右)，延伸轴114连接在下层背板113的底面并向下凸出，第一定位销111设置在延伸轴114上。优选地，延伸轴114与下层背板113一体成型，两者的材质相同。当然，可以理解地，在图中未示出的其他实施例中，加热主体11朝向支撑轴12的端面可以设有第一定位孔121，支撑轴12的第一端的端面设有第一定位销111。

如图6所示，在一些实施例中，加热主体11朝向支撑轴12的端面(例如延伸轴114背离下层背板113的端面)与支撑轴12的第一端的端面之间形成有隔热间隙。上述隔热间隙可以是在对加热主体11与支撑轴12装配设计时预留的间隙，即加热主体11与支撑轴12间隙配合；也可以是加热主体11与支撑轴12装配设计为相贴合、但由于机械加工误差、装配误差等影响两者之间实际装配后形成的装配间隙。上述隔热间隙与真空腔室200内的真空环境连通，造成隔热间隙与真空环境连通的因素可以为上述隔热间隙的位置外露于安装座20，即隔热间隙的位置直接暴露在真空环境中；也可以是支撑轴12与安装座20之间存在预留间隙或装配间隙，隔热间隙的位置虽然在安装座20的内侧，但是通过该预留间隙或装配间隙也可以与真空环境连通。

在工艺进行时，真空腔室200内的真空环境的气压在10e-4Torr量级，导热系数极低，上述隔热间隙与真空环境连通后自然形成一层真空隔热，加热主体11与支撑轴12之间的热传导被进一步削弱，从而进一步减少加热主体11向支撑轴12的第二端的热传导，进而使供电端子13与供电端子孔连接处维持相对较低的温度。

如图4和图5所示，在一些实施例中，加热器10在升降温过程中需要对加热主体11的温度进行测量监控，从而进行精确控温。具体地，导电部还用于与位于大气侧的信号采集装置电性连接。加热器10具有测温元件，测温元件的测温端与加热主体11接触配合。例如，测温元件的测温端由延伸轴114伸入至加热元件的附近。支撑轴12的第二端设有第二导电配合部，测温元件的连接端与第二导电配合部电性连接。当支撑轴12的第二端插入至安装槽21内时，第二导电配合部与导电部电性配合，以使测温元件与信号采集装置电性连接，便于将测温元件测得的温度信号传输至信号采集装置中。

具体地，如图8所示，第二导电配合部包括设置在支撑轴12的第二端的信号传输端子15，且该信号传输端子15与测温元件的连接端电性连接。导电部还包括设置在安装槽21的槽底的信号传输端子孔，该信号传输端子孔与信号采集装置电性连接(两者电性连接方式与前述供电端子孔与与电源装置30电性连接的方式类似，在此不再赘述)。当支撑轴12插入至安装槽21内后，信号传输端子15插入至信号传输端子孔内，以使测温元件与信号采集装置电性连接。上述信号传输端子15和信号传输端子孔配合的快插形式，实现快速安装至安装座20上且同时实现测温元件与信号采集装置的电性连接。另外，上述信号传输端子15和信号传输端子孔的插接在一定程度上也能够对加热器10与安装座20之间进行安装定位。当然，可以理解地，在图中未示出的其他实施例中，第二导电配合部也可以包括设置在支撑轴12的第二端的信号传输端子孔，导电部也可以包括设置在安装槽21的槽底的信号传输端子15。

需要注意的是，上述承载装置可单纯作为加热器对待加工晶圆进行承载，也可以配合其他结构构成可吸附待加工晶圆的带加热功能的静电卡盘进行使用。在一些工艺中，需要为承载晶圆的结构(例如加热器、静电卡盘)引入射频电流，该射频电流作用在晶圆上形成偏置电压(BIAS)，进而有助于提高成膜质量。因此，在一些实施例的承载装置中，也可以为加热器10引入射频电流。

具体地，如图4至图6所示，在一些实施例中，电源装置30包括射频电源，导电部还用于与射频电源电性连接。加热器10具有射频引入件17，射频引入件17由导电材料制成，例如金属材料。射频引入件17的一端与加热主体11接触配合，射频引入件17的另一端穿过延伸轴114及支撑轴12，并由支撑轴12的第二端向外穿出，该穿出部分可看作形成射频引入端子。需要注意的是，射频引入件17与加热主体11接触配合，不与加热元件接触，也可以理解为，射频引入件17与加热主体11未设置加热元件的位置进行接触配合。导电部还包括设置在安装槽21的槽底的射频引入插孔。当支撑轴12的第二端插入至安装槽21内后，射频引入件17穿出的一端(即射频引入端子)插入至射频引入插孔内，以使射频引入件17与射频电源电性连接。通过射频引入件17将射频电源提供的射频电流引入至加热主体11，进而作用于加热主体11承载的待加工晶圆上。上述射频引入件17和射频引入插孔配合的快插形式，实现快速安装至安装座20上且同时实现射频引入件17与射频电源的电性连接。另外，上述射频引入端子和射频引入插孔的插接在一定程度上也能够对加热器10与安装座20之间进行安装定位。

如图3至图5所示，在一些实施例中，支撑轴12包括支撑轴主体122、固定部123以及限位部124。支撑轴主体122、固定部123以及限位部124均由绝缘材料制成，例如绝缘陶瓷。支撑轴主体122的第一端(即为支撑轴12的第一端)与加热主体11定位连接。支撑轴主体122的第二端与固定部123连接。限位部124与固定部123背离支撑轴主体122的一侧连接。上述供电端子13、信号传输端子15及射频引入端子均与固定部123和限位部124相配合。

其中，供电端子13、信号传输端子15、射频引入端子、固定部123及限位部124构成位于支撑轴12的第二端的电引入结构。加热器10的电引入结构上集成了供电端子13、信号传输端子15及射频引入端子，是实现加热元件供电、射频电流引入、测温信号引出的结构，是加热器10的核心部分。在图4示出的具体实施例中，电引入结构包含一对供电端子13、一对信号传输端子15以及一个射频引入端子(即射频引入件17的穿出端)。当然，供电端子13、信号传输端子15及射频引入端子的具体数量可以根据实际需要进行合理设计。将支撑轴12采用绝缘陶瓷等导热系数低的绝缘材料并且设置隔热间隙，也是为了减少加热主体11向电引入结构的热传导，从而避免供电端子13、信号传输端子15及射频引入端子连接处过热。另外，支撑轴12采用绝缘材料还能够对通过射频引入件17的射频电流起到屏蔽作用。

如图7所示，在一些实施例中，供电端子13包括供电端子本体131和用于将供电端子本体131与加热元件进行连接的连接结构132。固定部123具有第一容置槽1231和第一穿设孔1232。限位部124具有第一限位孔1241。第一容置槽1231、第一穿设孔1232以及第一限位孔1241沿支撑轴12的延伸方向依次连通。部分供电端子本体131被限位固定于第一容置槽1231内，且供电端子本体131的自由端通过第一穿设孔1232和第一限位孔1241向外穿出。其中，供电端子本体131的一部分被限位固定至固定部123的第一容置槽1231内，而限位部124的第一限位孔1241对供电端子本体131能够起到进一步约束其位置的作用，从而保证供电端子本体131穿出部分能够与供电端子孔精确配合，从而保证稳定供电。

进一步地，支撑轴主体122具有第一穿设通道1221，第一穿设通道1221的一端与加热主体11具体设置加热元件的位置连通，另一端与第一容置槽1231连通。加热元件包括铠装加热丝14，铠装加热丝14的连接端(即需要与供电端子本体131连接的一端)沿第一穿设通道1221穿至靠近固定部123的位置。供电端子本体131的连接端(即需要与铠装加热丝14连接的一端)由第一容置槽1231穿入至第一穿设通道1221中。

现有常见的加热丝与导线之间过渡的位置一般采用冷端转接结构(例如冷端转接帽)进行连接，然而冷端转接结构通常采用密封胶进行连接密封，密封胶既不耐高温还存在真空放气的风险。因此，本实施例的连接结构132采用无需密封胶的特殊结构。

如图7以及图9至图11所示，连接结构132包括第一金属套筒1321、第二金属套筒1322、第三金属套筒1323、第一绝缘衬套1324以及第二绝缘衬套1325。

第一绝缘衬套1324套设在供电端子本体131上由第一容置槽1231穿入至第一穿设通道1221中的部分，第一金属套筒1321位于第一容置槽1231内。第一金属套筒1321套设在第一绝缘衬套1324外侧，并且第一金属套筒1321同时与第一绝缘衬套1324和供电端子本体131焊接连接。第二金属套筒1322位于第一金属套筒1321朝向供电端子本体131的连接端的一侧且套设在第一绝缘衬套1324外侧，第二金属套筒1322与第一绝缘衬套1324焊接连接。第二金属套筒1322与第一金属套筒1321相互间隔。

也就是说，第一金属套筒1321和第二金属套筒1322分别与第一绝缘衬套1324焊接。另外，供电端子本体131与第一金属套筒1321焊接连接。此时，供电端子本体131、第一金属套筒1321、第二金属套筒1322、第一绝缘衬套1324焊接为一体。供电端子本体131一般采用导电性好的材料，第一绝缘衬套1324采用陶瓷材料，第一金属套筒1321和第二金属套筒1322采用容易与陶瓷材料钎焊的金属材料，例如可伐合金。

其中，第一金属套筒1321和第二金属套筒1322的横截面外轮廓形状可以与相应的第一容置槽1231或第一穿设通道1221的横截面形状相适配，从而实现对第一金属套筒1321和第二金属套筒1322的径向限位。另外，第一容置槽1231的槽底与第一金属套筒1321的端面相贴合，从而对第一金属套筒1321进行轴向限位。第一金属套筒1321和第二金属套筒1322的横截面内轮廓形状可以与第一绝缘衬套1324的横截面外轮廓形状相适配，从而使两者配合更加紧密。

当供电端子本体131、第一金属套筒1321、第二金属套筒1322、第一绝缘衬套1324焊接为一体后，供电端子本体131的连接端凸出于第二金属套筒1322和第一绝缘衬套1324，从而便于后续与铠装加热丝14的焊接操作。优选地，供电端子本体131为变径结构，即供电端子本体131的自由端的直径大于连接端的直径，从而使供电端子本体131的连接端的直径与铠装加热丝14的直径相近，从而便于两者实现对焊。

此后，供电端子本体131的连接端与铠装加热丝14的连接端焊接连接，第二绝缘衬套1325套设在供电端子本体131与铠装加热丝14的连接处，第一绝缘衬套1324与第二绝缘衬套1325在靠近该连接处的位置相连接，第二金属套筒1322套设在第一绝缘衬套1324与第二绝缘衬套1325的相连接的区域，第三金属套筒1323套设在第二绝缘衬套1325外侧，第三金属套筒1323的两端分别与第二金属套筒1322和铠装加热丝14的金属外壳焊接连接。

具体后续的焊接过程为：先将第三金属套筒1323套设铠装加热丝14上，然后将供电端子本体131的连接端与铠装加热丝14的连接端的加热线芯焊接在一起，实现两者的电性导通后，在第三金属套筒1323与供电端子本体131和/或铠装加热丝14之间的空隙中、第二金属套筒1322与供电端子本体131和/或铠装加热丝14之间的空隙中填充绝缘物(例如氧化镁粉)，再将第二金属套筒1322和第三金属套筒1323进行对焊，上述填充的绝缘物形成第二绝缘衬套1325。之后，再将第三金属套筒1323与铠装加热丝14的金属外壳进行焊接。至此完成供电端子本体131与铠装加热丝14的电性连接。

上述供电端子13的连接结构132采用金属和陶瓷的焊接结构，不仅可以耐高温，焊接密封的形式也避免了真空放气的风险。其中，第一绝缘衬套1324和第二绝缘衬套1325用于对铠装加热丝14、供电端子本体131与各个金属套筒之间的绝缘。另外，第二金属套筒1322与第一金属套筒1321相互间隔不接触，这样可以避免供电端子本体131通过各个金属套筒直接与铠装加热丝14的金属外壳导通。

如图8至图11所示，在一些实施例中，信号传输端子15包括信号传输端子本体151和与信号传输端子本体151相配合的弹性件152。固定部123具有容置孔1233。限位部124具有第二限位孔1242，容置孔1233与第二限位孔1242连通。信号传输端子本体151可移动地设置在容置孔1233中。信号传输端子本体151的自由端通过第二限位孔1242向外穿出。弹性件152设置于容置孔1233中并用于对信号传输端子本体151施加弹力，以在信号传输端子本体151插入至信号传输端子孔内时将其进行压紧。具体地，弹性件152为压缩弹簧，信号传输端子本体151的周向侧壁上设有限位凸缘，容置孔1233的孔壁上具有限位台阶，压缩弹簧套设在信号传输端子本体151上，且压缩弹簧的两端分别抵顶在限位凸缘和限位台阶上，从而向信号传输端子本体151施加朝向信号传输端子本体151穿出方向的压力。

当加热器10安装至安装座20上后，信号传输端子本体151插入至信号传输端子孔内，并且信号传输端子本体151通过上述弹性件152施加的压力被压紧，从而防止震动等外界干扰影响测温元件的温度测量的准确性和稳定性。需要说明的是，弹性件152的具体形式和设置方式不限于此，在其它实施方式中，可以为任何能够实现对信号传输端子本体151施加压力的方式。

在一些实施例中，测温元件包括热电偶16。现有的热电偶与信号连接导线之间同样采用冷端转接结构进行连接，也存在冷端转接结构的密封胶不耐高温且容易真空放气的问题，另外，现有的热电偶通常采用补偿线来与信号采集装置进行连接，补偿线的塑料外皮同样容易出现真空放气的问题。因此，本实施例的热电偶16采用无需密封胶的特殊结构。

如图8至图11所示，在一些实施例中，固定部123还具有第二容置槽1234，第二容置槽1234位于固定部123朝向支撑轴主体122的一侧且与容置孔1233连通。信号传输端子本体151包括金属杆1511和金属帽1512，金属杆1511穿设在容置孔1233和第二限位孔1242中，金属帽1512由金属杆1511的自由端套设在金属杆1511上。热电偶16穿设在支撑轴主体122中。热电偶16的连接端引出热电偶裸丝161。热电偶裸丝161经由第二容置槽1234穿入至容置孔1233和第二限位孔1242中，且热电偶裸丝161通过金属帽1512被压紧在金属杆1511的外壁上。

上述热电偶16采用引出的热电偶裸丝161与金属杆1511、金属帽1512相配合实现电性连接，无需密封胶和补偿线，因此不涉及真空放气问题。其中，金属杆1511与金属帽1512可通过螺纹连接等方式紧固在一起，金属杆1511与金属帽1512采用与相配合的热电偶裸丝161相同的材料制作而成。在图中示出的具体实施例中，两个信号传输端子本体151分别采用镍铬合金和镍硅合金。第二容置槽1234可以为椭圆槽，用于容纳热电偶16的两根热电偶裸丝161。

如图5以及图9至图12所示，在一些实施例中，射频引入件17沿加热器10的中心线延伸设置，射频引入件17的一端与加热主体11通过焊接或螺纹连接等方式固定连接，另一端穿过固定部123上的射频引入件穿设孔1237，射频引入件17穿出固定部123的部分具有螺纹，螺母套设在射频引入件17上并与该螺纹相配合，随着螺母的旋紧，射频引入件17与加热主体11、支撑轴主体122、固定部123紧固连接。限位部124上具有第三限位孔1243，射频引入件17继续穿过第三限位孔1243并由限位部124背离固定部123的一侧穿出。限位部124朝向固定部123的一侧设有螺母容纳槽1245，用于容纳旋紧在射频引入件17上的螺母。

在上述实施例中，固定部123的主要作用是对供电端子13、信号传输端子15以及射频引入件17进行限位约束。如图5、图9以及图10所示，在一些实施例中，固定部123朝向支撑轴主体122的端面设有第二定位孔1235，支撑轴主体122的第二端的端面设有第二定位销1222，第二定位销1222插入至第二定位孔1235内，以对固定部123与支撑轴主体122之间进行定位。当然，在另一些实施例中，也可以在固定部123朝向支撑轴主体122的端面设有第二定位销1222，在支撑轴主体122的第二端的端面设有第二定位孔1235。

另外，固定部123与支撑轴主体122之间还可以通过第一紧固件125进行紧固连接。具体地，在图5、图9以及图10示出的具体实施例中，第一紧固件125为第一紧固螺钉，固定部123具有第一螺钉容纳孔1236，第一紧固螺钉由下至上穿过第一螺钉容纳孔1236后与支撑轴主体122端面上的第一螺纹孔进行连接。

为了保证加热器10和安装座20对插过程中各个端子的位置准确，通过限位部124对加热器10的供电端子13、信号传输端子15及射频引入端子进行进一步约束限位。具体通过第一限位孔1241、第二限位孔1242及第三限位孔1243分别对供电端子本体131、信号传输端子本体151、射频引入件17的穿出端进行约束限位。

另外，如图10至图12所示，在一些实施例中，固定部123与限位部124之间通过第二紧固件126进行紧固连接。具体地，第二紧固件126为第二紧固螺钉，限位部124具有第二螺钉容纳孔1244，固定部123具有第二螺纹孔1238。第二紧固螺钉由下至上穿过第二螺钉容纳孔1244后与第二螺纹孔1238进行连接。上述固定部123与支撑轴主体122之间、固定部123与限位部124之间的装配方式均采用可进行快速拆装的结构，便于安装维护。

本发明还提供了一种半导体工艺设备，该半导体工艺设备包括真空腔室200和设置在真空腔室200的底部的承载装置，承载装置为上述实施例中的承载装置。

在上述实施例的承载装置中，由于加热器10可拆卸地安装在安装座20上，并且当加热器10安装在安装座20上时可通过第一导电配合部与导电部的电性配合来实现加热元件与电源装置30的电性连接，加热器10无需连接导线，从而避免了现有加热器在拆装时需要接线的不便，并且在加热器10进行更换或维修过程中，安装座20和位于大气侧B的电源装置30无需进行拆卸，只需要将加热器10由安装座20上拆卸下来或安装至安装座20上即可，加热器10的拆卸和安装均较为便捷，省时省力，有利于提高加热器10的拆装效率，满足加热器10的快速拆装需求。另外，加热器10的拆装操作始终在真空侧A进行，且安装座20在此过程中无需进行拆卸，这样可以保证真空腔室200内、外的真空环境与大气环境之间始终保持完全密封隔离，从而避免加热器10的拆装操作带来的密封性问题。

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 (12)

1.一种承载装置，设置在真空腔室的底部，用于承载待加工晶圆并对该待加工晶圆进行加热，其特征在于，所述承载装置包括：

安装座，所述安装座的周向侧壁与所述真空腔室的底壁密封连接，所述安装座具有朝向所述真空腔室内的真空环境的真空侧以及朝向所述真空腔室外的大气环境的大气侧，所述安装座具有导电部，且所述导电部用于与位于所述大气侧的电源装置电性连接；

加热器，位于所述真空侧且可拆卸地安装在所述安装座上，所述加热器具有加热元件和第一导电配合部，所述加热元件与所述第一导电配合部电性连接，当所述加热器安装在所述安装座上时，所述第一导电配合部与所述导电部电性配合，以使所述加热元件与所述电源装置电性连接。

2.根据权利要求1所述的承载装置，其特征在于，

所述加热器包括加热主体和支撑轴，所述加热元件设置在所述加热主体内，所述加热主体用于承载所述待加工晶圆，所述支撑轴由绝缘材料制成，所述支撑轴的第一端与所述加热主体定位连接，所述支撑轴的第二端设有所述第一导电配合部，所述第一导电配合部包括供电端子和供电端子孔中的一个；

所述安装座具有安装槽，所述安装槽的形状与所述支撑轴的形状相适配，所述安装槽的槽底设有所述导电部，所述导电部包括所述供电端子和所述供电端子孔中的另一个，

其中，所述支撑轴的第二端由所述安装槽的开口插入至所述安装槽内，以使所述加热器安装至所述安装座上，并且所述供电端子插入至所述供电端子孔内，以使所述加热元件与所述电源装置电性连接。

3.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，

所述加热主体朝向所述支撑轴的端面设有第一定位销和第一定位孔中的一个，所述支撑轴的第一端的端面设有所述第一定位销和所述第一定位孔中的另一个，所述第一定位销插入至所述第一定位孔内，以对所述加热主体与所述支撑轴之间进行定位；和/或，

所述加热主体朝向所述支撑轴的端面与所述支撑轴的第一端的端面之间形成有隔热间隙，所述隔热间隙与所述真空腔室内的真空环境连通。

4.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，

所述供电端子包括供电端子本体和用于将所述供电端子本体与所述加热元件进行连接的连接结构；

所述支撑轴包括支撑轴主体、固定部以及限位部，所述支撑轴主体的第一端与所述加热主体定位连接，所述支撑轴主体的第二端与所述固定部连接，所述限位部与所述固定部背离所述支撑轴主体的一侧连接，

其中，所述固定部具有第一容置槽和第一穿设孔，所述限位部具有第一限位孔，所述第一容置槽、所述第一穿设孔以及所述第一限位孔沿所述支撑轴的延伸方向依次连通，部分所述供电端子本体被限位固定于所述第一容置槽内，且所述供电端子本体的自由端通过所述第一穿设孔和所述第一限位孔向外穿出。

5.根据权利要求4所述的承载装置，其特征在于，所述支撑轴主体具有第一穿设通道，所述第一穿设通道的一端与所述加热主体上设置所述加热元件的位置连通，另一端与所述第一容置槽连通；

所述加热元件包括铠装加热丝，所述铠装加热丝的连接端沿所述第一穿设通道穿至靠近所述固定部的位置，所述供电端子本体的连接端由所述第一容置槽穿入至所述第一穿设通道中与所述铠装加热丝的连接端进行连接；

所述连接结构包括第一金属套筒、第二金属套筒、第三金属套筒、第一绝缘衬套以及第二绝缘衬套，其中，

所述第一绝缘衬套套设在所述供电端子本体上由所述第一容置槽穿入至所述第一穿设通道中的部分；所述第二绝缘衬套套设在所述供电端子本体与所述铠装加热丝的连接处；所述第一绝缘衬套与所述第二绝缘衬套在靠近所述连接处的位置相连接；所述供电端子本体的连接端与所述铠装加热丝的连接端在所述连接处焊接连接；

所述第一金属套筒位于所述第一容置槽内且套设在所述第一绝缘衬套外侧，所述第一金属套筒同时与所述第一绝缘衬套和所述供电端子本体焊接连接，

所述第二金属套筒套设在所述第一绝缘衬套与所述第二绝缘衬套的相连接的区域，所述第二金属套筒与所述第一绝缘衬套焊接连接，所述第二金属套筒与所述第一金属套筒相互间隔，所述供电端子本体的连接端凸出于所述第二金属套筒和所述第一绝缘衬套，

所述第三金属套筒套设在所述第二绝缘衬套外侧，所述第三金属套筒的两端分别与所述第二金属套筒和所述铠装加热丝的金属外壳焊接连接。

6.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，

所述导电部还用于与位于所述大气侧的信号采集装置电性连接；

所述加热器具有测温元件，所述测温元件的测温端与所述加热主体接触配合，所述支撑轴的第二端设有第二导电配合部，所述测温元件的连接端与所述第二导电配合部电性连接，当所述支撑轴的第二端插入至所述安装槽内时，所述第二导电配合部与所述导电部电性配合，以使所述测温元件与所述信号采集装置电性连接。

7.根据权利要求6所述的承载装置，其特征在于，

所述第二导电配合部包括信号传输端子和信号传输端子孔中的一个，所述导电部还包括所述信号传输端子和所述信号传输端子孔中的另一个，

其中，当所述支撑轴的第二端插入至所述安装槽内时，所述信号传输端子插入至所述信号传输端子孔内，以使所述测温元件与所述信号采集装置电性连接。

8.根据权利要求7所述的承载装置，其特征在于，

所述信号传输端子包括信号传输端子本体和与所述信号传输端子本体相配合的弹性件；

所述支撑轴包括支撑轴主体、固定部以及限位部，所述支撑轴主体的第一端与所述加热主体定位连接，所述支撑轴主体的第二端与所述固定部连接，所述限位部与所述固定部背离所述支撑轴主体的一侧连接，

其中，所述固定部具有容置孔，所述限位部具有第二限位孔，所述容置孔与所述第二限位孔连通，所述信号传输端子本体可移动地设置在所述容置孔中，所述信号传输端子本体的自由端通过所述第二限位孔向外穿出，所述弹性件设置于所述容置孔中并用于对所述信号传输端子本体施加弹力，以在所述信号传输端子本体插入至所述信号传输端子孔内时将其进行压紧。

9.根据权利要求8所述的承载装置，其特征在于，

所述固定部还具有第二容置槽，所述第二容置槽位于所述固定部朝向所述支撑轴主体的一侧且与所述容置孔连通；

所述信号传输端子本体包括金属杆和金属帽，所述金属杆穿设在所述容置孔和所述第二限位孔中，所述金属帽由所述金属杆的自由端套设在所述金属杆上；

所述测温元件包括热电偶，所述热电偶穿设在所述支撑轴主体中，所述热电偶的连接端引出热电偶裸丝，所述热电偶裸丝经由所述第二容置槽穿入至所述容置孔和所述第二限位孔中，且所述热电偶裸丝通过所述金属帽被压紧在所述金属杆的外壁上。

10.根据权利要求2所述的承载装置，其特征在于，

所述电源装置包括射频电源；

所述加热器具有射频引入件，所述射频引入件的一端与所述加热主体接触配合，所述射频引入件的另一端由所述支撑轴的第二端向外穿出；

所述导电部还包括射频引入插孔，其中，当所述支撑轴的第二端插入至所述安装槽内时，所述射频引入件穿出的一端插入至所述射频引入插孔内，以使所述射频引入件与所述射频电源电性连接。

11.根据权利要求4或8所述的承载装置，其特征在于，

所述固定部朝向所述支撑轴主体的端面设有第二定位销和第二定位孔中的一个，所述支撑轴主体的第二端的端面设有所述第二定位销和所述第二定位孔中的另一个，所述第二定位销插入至所述第二定位孔内，以对所述固定部与所述支撑轴主体之间进行定位；和/或，

所述固定部与所述支撑轴主体之间通过第一紧固件进行紧固连接；和/或，

所述固定部与所述限位部之间通过第二紧固件进行紧固连接。

12.一种半导体工艺设备，包括真空腔室和设置在所述真空腔室的底部的承载装置，其特征在于，所述承载装置为权利要求1至11中任一项所述的承载装置。

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