CN115161764B - 一种控温装置及其外延设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控温装置及其外延设备，该控温装置用于外延设备，所述外延设备包括加热装置、反射板装置及设置于所述反射板装置上的、用于控制所述反射板装置温度的控温装置，该控温装置包括：外环；内环，其设置在外环内侧；控温组件，所述控温组件设置在所述外环和/或内环，所述控温组件包括：冷却介质进口和冷却介质出口以及贯通两者的冷却通道。其优点是：该控温装置由至少两个环构成，因此每个环的宽度相比于一体的水冷盘结构减小，因此在发生热形变带来的翘曲变形时，每个环与反射板装置之间产生的缝隙均不大，保证了其与反射板装置的紧密贴合。

Description

一种控温装置及其外延设备

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，具体涉及一种控温装置及其外延设备。

背景技术

在半导体芯片生产过程中，需要进行大量的微观加工，其中常用的方式为采用气相沉积或等离子体处理工艺利用真空反应腔对半导体衬底进行处理加工。根据沉积过程是否含有化学反应，气相沉积可分为物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)和化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)。其中，CVD目前是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料、大多数金属材料和金属合金材料。

化学气相沉积是指化学气体或蒸汽在衬底表面反应合成涂层或纳米材料的方法，通常来说其原理为利用承载气体携带气相反应物或是前驱物进入承载有衬底的反应腔中，其中，外延设备(化学气相沉积装置的一种)采用多个加热装置向反应腔内输送热能以提升腔内温度，加热衬底以及腔内的气相反应物使其温度升高，然后在高温状态下触发单一个或是数种气体间的化学反应，各气相反应物分解、重新结合生成新的固态物质，再沉积到衬底表面上以形成所需的薄膜。

通常情况下，为提升加热装置向腔室内的热辐射传送效率，可借助反射板装置将加热装置产生的热辐射最大化传送到反应腔内。但是在工艺过程中，反射板装置难免会吸收到加热装置产生的部分热能，导致反射板装置的温度过高，过高的温度不仅会造成反射板装置表面金属层的剥落，还会增加其各个零件的应力，造成零件的损坏。因此，还需要设置水冷盘结构以调节反射板装置的温度。但由于外延工艺时，工艺温度高达1000℃，且温度变化很大，在几百-上千之间变化，水冷盘结构会在热胀冷缩的影响下，翘曲变形，长此以往，水冷盘结构与反射板装置的贴合度变得不理想，二者之间缝隙变大，缝隙的变大会导致水冷盘结构与反射板装置之间的换热效率较低，影响对反射板装置温度的调整。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控温装置及其外延设备，该控温装置将内环、外环和控温组件相结合，减小了控温装置与反射板装置连接时因热变形而产生的缝隙，有助于其与反射板装置的紧密贴合，避免了在长时间使用后控温装置出现翘曲或翘起的问题，提高了控温装置与反射板装置之间的热交换效率，保证了其温度调控的效率。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种控温装置，其用于外延设备，所述外延设备包括加热装置、反射板装置及设置于所述反射板装置上的、用于控制所述反射板装置温度的控温装置，包括：

外环；

内环，其设置在外环内侧；

控温组件，所述控温组件设置在所述外环和/或内环，所述控温组件包括：冷却介质进口和冷却介质出口以及贯通两者的冷却通道。

可选的，所述控温组件仅设置在所述内环，所述控温装置还包括：压力组件，用于通过外环给予内环向所述反射板装置方向施加压力。

可选的，所述压力组件设置于内环和外环之间。

可选的，所述压力组件包括设置于内环的外周的至少一个凸起结构，及设置于外环的内周的、与所述凸起结构配合的阶梯形凹槽。

可选的，所述外环的材料的导热系数小于所述内环的材料的导热系数；

和/或，所述外环的材料的耐磨性大于所述内环的材料的耐磨性。

可选的，所述外环的材料包括不锈钢，所述内环的材料包括铜。

可选的，所述控温组件仅设置在所述外环，所述控温装置还包括：压力组件，用于通过内环给予外环向所述反射板装置方向施加压力。

可选的，所述压力组件设置于内环和外环之间。

可选的，所述压力组件包括设置于外环的内周的至少一个凸起结构，及设置于内环的外周的、与所述凸起结构配合的阶梯形凹槽。

可选的，所述内环的材料的导热系数小于所述外环的材料的导热系数；

和/或，所述内环的材料的耐磨性大于所述外环的材料的耐磨性。

可选的，所述内环的材料包括不锈钢，所述外环的材料包括铜。

可选的，所述至少一个凸起结构的轮廓为连续的波浪形、连续的折线形、连续的锯齿形中的任一种或多种。

可选的，所述控温装置还包括：基座，所述基座用于可拆卸地承载加热装置，所述基座通过连接组件可拆卸地与所述外环或内环连接。

可选的，所述连接组件包括：滑动引导件及定位件，所述滑动引导件设置于基座与外环或内环之间，用于引导基座相对于外环或内环在滑动方向上滑动；所述定位件用于在所述基座滑动到安装位置时，将所述基座相对于外环或内环固定在所述安装位置。

可选的，所述滑动引导件包括T型凸台和与其适配的T型凹槽，所述T型凹槽用于引导T型凸台在其内部滑动；

所述T型凸台设置在基座的与外环或内环接触的接触面上，所述T型凹槽设置在外环或内环的与基座接触的接触面上，或，所述T型凹槽设置在基座的与外环或内环接触的接触面上，所述T型凸台设置在外环或内环的与基座接触的接触面上。

可选的，所述定位件包括弹性结构和与其配合的定位凹槽，所述弹性结构包括外延部，在安装位置时，所述弹性结构的外延部对所述定位凹槽形成卡止；

所述弹性结构设置在基座的与外环或内环接触的接触面上，所述定位凹槽设置在外环或内环的与基座接触的接触面上，或，所述弹性结构设置在外环或内环的与基座接触的接触面上，所述定位凹槽设置在基座的与外环或内环接触的接触面上。

可选的，所述弹性结构的外延部为球头柱塞。

可选的，所述定位件数量为至少两个，且定位件关于所述滑动引导件对称设置；

所述滑动引导件沿着外环或内环的径向延伸。

可选的，所述控温装置还包括：

紧固件，所述紧固件设置于外环和/或内环上，用于将外环、内环固定于所述反射板装置上。

可选的，一种外延设备，其特征在于，包括：

反应腔，用于实施外延工艺，所述反应腔内部包括用于承载衬底的托盘；

加热装置，设置在反应腔的上方和/或下方，用于在外延工艺时提供热辐射；

反射板装置，用于将加热装置产生的热辐射反射至反应腔；

控温装置，用于控制所述反射板装置的温度。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的一种控温装置及其外延设备中，外圈水冷盘结构由至少两个环构成，因此每个环的宽度相比于一体的水冷盘结构减小，由于宽度减小，因此在水冷盘结构发生热形变带来的翘曲变形时，水冷盘结构的每个环与反射板装置之间产生的缝隙均不大，有助于其与反射板装置的紧密贴合，提高了控温装置与反射板装置之间的热交换效率。且内环和外环之间具有压力组件，可以很好地保证内环或外环与反射板装置的贴合度。另外，内环和外环非一体的，两个环的材料不同，基座仅设置于内环或外环采用耐磨材料的一者上，保证了加热装置在高温环境下的水平度和稳定性。

附图说明

图1为本发明的一种外延设备示意图；

图2为本发明的一种外延设备局部示意图；

图3为本发明的一种外圈水冷盘结构示意图；

图4为本发明的另一种外圈水冷盘结构示意图；

图5为本发明的一种内环的结构示意图；

图6a为本发明的一种外环的上表面示意图；

图6b为本发明的一种外环的下表面示意图；

图7为本发明的一种加热装置、基座及外环连接示意图；

图8a为本发明的一种基座的立体结构示意图；

图8b为本发明的一种基座的下表面示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。

需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明一实施例的目的。

实施例一

如图1和图2结合所示，为本发明的一种外延设备的示意图，该外延设备包含用于实施外延工艺的反应腔100，该反应腔100可用于处理一个或多个衬底W，包括将材料沉积在衬底W的上表面。所述反应腔100具有位于顶端的上腔壁101、位于底端的下腔壁102以及在上腔壁101和下腔壁102之间延伸的侧壁，可选的，所述上腔壁101、下腔壁102由对热能透明的光学透明或半透明材料制备(如对特定红外波段透明的石英材料)。

所述反应腔100包括一端的进气开口103和另一端的排气开口104。所述反应腔100内部包括与进气开口103对应的进气区域、与排气开口104对应的排气区域以及位于所述进气区域和所述排气区域之间的反应区域。所述衬底W位于所述反应区域内，如图1中箭头所示，用于沉积的反应气体从进气开口103流入腔体的内部空间，在反应区域执行化学气相沉积工艺，并从排气开口104排出腔体。

如图1所示，所述下腔壁102设置有向下延展的延伸管，所述延伸管用于容纳旋转轴105从延伸管伸入反应腔100的内部空间，所述旋转轴105顶部包括多个支撑杆用于支撑托盘以及托盘上的衬底W，以驱动托盘及托盘承载的衬底W在反应区域中旋转，进而保证衬底W薄膜沉积均匀性的效果。可选的，所述旋转轴105可由石英制成，以降低被颗粒污染的风险。

进一步的，该外延设备还包含多个在外延工艺时为反应腔100及衬底W提供热辐射的加热装置106，各个所述加热装置106设置于所述反应腔100的外侧以加热所述反应腔100及其内的衬底W。为便于了解反应腔100内的温度变化情况，所述外延设备还包含测温仪107。

在本实施例中，所述反应腔100的上方和下方均设置有加热装置106，在外延工艺过程中，通过各个加热装置106为反应腔100内及其衬底W提供热辐射，使外延设备的反应腔100内部及衬底W达到所需的工艺温度，以便反应腔100中的反应气体进行热分解，从而在衬底W的上表面沉积薄膜材料，同时采用测温仪107实时测量反应腔100内的温度，以便调控工艺进程。可选的，衬底W上表面沉积的薄膜材料为半导体材料如硅和锗，也可以包括其它掺杂材料如III族、IV族和/或V族材料。进一步可选的，所述加热装置106为具有透明石英外壳且含卤素气体如碘的高强度钨丝灯，该高强度钨丝灯产生的辐射热能只有少部分被反应腔100的上腔壁101、下腔壁102吸收，以确保各个加热装置106产生的热能最大化传送给反应腔100内的衬底W和反应气体。当然，所述加热装置106也可以为其他可实现热辐射的装置，本发明对此不加以限制。

为增强加热装置106向反应腔100内的热辐射效率，本发明的外延设备还包含反射板装置，所述反射板装置用于将加热装置106产生的热辐射反射至反应腔100，其对加热装置106的热辐射具有极高的反射性。如图2所示，在本实施例中，根据加热装置106的分布，设置有内圈反射板装置108和外圈反射板装置109，以保证各加热装置106的热辐射传送效率。由前述可知，虽然各反射板装置对热辐射具有极高的反射性，然而还是会有部分热辐射被内圈反射板装置108和外圈反射板装置109吸收，因此，该外延设备还对应设置有内圈水冷盘结构110和外圈水冷盘结构120，以分别调控内圈反射板装置108和外圈反射板装置109的温度。可选的，所述内圈水冷盘结构110与所述外圈水冷盘结构120的构造部分或完全相同。接下来以外圈水冷盘结构120(即控温装置)为例进行构造说明。

如图3所示，所述外圈水冷盘结构120设置于所述外圈反射板装置109上，其用于控制所述外圈反射板装置109的温度。所述外圈水冷盘结构120包含外环121、设置在外环121内侧的内环122以及控温组件123，所述控温组件123设置于所述内环122和/或外环121上，所述控温组件123包括冷却介质进口1231、冷却介质出口1232以及贯通两者的冷却通道，冷却介质在冷却通道内流动以实现控温组件123与外界及其他部件的热交换。在本发明中，所述外圈水冷盘结构120包含内环122和外环121，相对于一体结构的水冷盘结构的宽度，该外圈水冷盘结构120由两个环构成，因此每个环的宽度相比于一体的水冷盘结构减小，由于宽度减小，因此在水冷盘结构发生热形变带来的翘曲变形时，水冷盘结构与反射板装置之间产生的缝隙不大，有助于提高外圈水冷盘结构120与外圈反射板装置109之间的贴合度，提高了两者之间的热交换效率，有利于外圈水冷盘结构120对外圈反射板装置109的均匀控温。同时，该外圈水冷盘结构120的部件不至于过多，其连接紧固程度易调控，其结构简单，装配及拆卸都较为方便。当然，可选的，水冷盘结构还可以包括除内环和外环之外更多的环，从而进一步减小每个环的宽度。

实施例二

基于实施例一的外延设备的结构特性，本实施例对外圈水冷盘结构120做出了一些改变，主要针对控温组件123的设置位置做了改变。如图4～图6b结合所示，本实施例示出了控温组件123设置于内环122的情形，在本实施例中，所述控温组件123仅设置于内环122，通过内环122的控温组件123实现对外圈反射板装置109的温度控制。所述外圈水冷盘结构120还包括压力组件，所述压力组件用于通过外环121给予内环122向所述外圈反射板装置109方向施加压力，以使内环122与外圈反射板装置109之间衔接更加紧密，减小内环122与外圈反射板装置109之间产生的缝隙。

在本发明中，所述压力组件设置于内环122和外环121之间，所述内环122与外环121可拆卸连接。可选的，所述压力组件包括设置于内环122外周的至少一个凸起结构124，及设置于外环121内周的、与所述凸起结构124配合的阶梯形凹槽125。所述外圈水冷盘结构120的内环122和外环121通过压力组件可拆卸的连接，拆卸及安装都较为方便。

如图5所示，在本实施例中，所述内环122外周的周向设置有多个一级阶梯凸起结构124(即裙边凸起结构或方形凸起结构)，所述外环121内周的周向对应设置有多个与一级阶梯凸起结构124匹配的一级阶梯形凹槽125即裙边凹槽结构，多个一级阶梯凸起结构124与一级阶梯形凹槽125相结合，有助于保证外环121给予内环122一个向下的力(即指向外圈反射板装置109的力)，从而使内环122紧贴外圈反射板装置109，增加了热传导的效率，同时阶梯形凹槽125可以引导凸起结构124在其内沿着径向热膨胀，保证了连接后的稳定性。当然，所述凸起结构124和阶梯形凹槽125不仅限于一级阶梯，根据结合紧密度的需要，还可以为多级台阶的相应结构，本发明对此不加以限制。进一步的，所述凸起结构124不仅限于阶梯凸起结构，其四周轮廓还可以为连续的波浪形、连续的折线形、连续的锯齿形中的任一种或多种，即所述凸起结构124可沿内环122的外周周向连续设置，外环121的内周对应匹配设置，以增大内环122和外环121的卡接范围，进而保证外圈水冷盘结构120的牢固性。

可选的，所述外圈水冷盘结构120还包括紧固件，所述紧固件设置于所述外环121和/或所述内环122上，以将外环121、内环122固定于所述外圈反射板装置109上，进而实现外圈水冷盘结构120的固定。

在安装外圈水冷盘结构120时，通过一级阶梯凸起结构124与一级阶梯形凹槽125的配合，将内环122的一级阶梯凸起结构124对应卡入外环121的一级阶梯形凹槽125内，使得两者之间不可相对转动。再采用紧固件将外环121、内环122固定于所述外圈反射板装置109上，进而实现外圈水冷盘结构120的固定。

进一步地，所述外环121的材料的导热系数小于所述内环122的材料的导热系数，和/或，所述外环121的材料的耐磨性大于所述内环122的材料的耐磨性，可选的，所述外环121的材料包括不锈钢，所述内环122的材料包括铜、紫铜。在本实施例中，所述控温组件123仅设置在内环122中，由于控温组件123的存在且外环121的材料的导热系数小于所述内环122的材料的导热系数，热量主要被内环122所吸收，外环121吸热少，因此热形变小，不仅如此，由于外环121和内环122不是一体的，是拼接的，因此外环121内周和内环122外周之间具有缝隙，降低了由内环122向外环121的热传递的效率，因此外环121温度不高，而且外环121采用了不锈钢，其线膨胀系数小于铜，因此外环121更加稳定，这在设置了基座126时具有更佳的益处，下文将具体阐述。不仅如此，由于不锈钢的硬度大于铜，因此即使铜内环122发生了热变形，不锈钢外环121也可以把铜内环122紧密地固定在外圈反射板装置109表面。

如图7所示，在本实施例中，所述外圈水冷盘结构120(即控温装置)还包括：基座126，所述基座126用于可拆卸地承载加热装置106，所述基座126通过连接组件可拆卸地与所述外环121连接。所述基座126包括设置在其上的倒L型固定架1261。

所述加热装置106包含插座1061和加热灯1062，所述插座1061包含上插座和下插座，插座1061固定在基座126的所述倒L型固定架1261上，该倒L型固定架1261上开设有4个通孔，所述上插座和下插座上也开设有对应的通孔，通过螺钉组件穿过倒L型固定架1261、上插座和下插座上对应的通孔，将所述上插座安装在所述基座126的倒L型固定架1261的上方，所述下插座安装在基座126的倒L型固定架1261的下方；在靠近加热灯1062的侧边上，所述上插座和下插座均开设有一母插针，该些母插针与加热灯1062尾部的公插针相适配，通过该些公、母插针，使得加热灯1062与插座1061连接，进而将加热灯1062可拆卸地安装在基座126上。

为充分利用外延设备的安装空间，可借助外圈水冷盘结构120通过基座126固定加热装置106(请见图2)，但是现有技术中通常采用螺钉组件直接固定加热装置106。由于外圈水冷盘结构120处的安装空间较为狭窄，在可视范围内，利用拆卸工具对螺钉组件进行拆卸较为不便，同时拆装过程中还存在螺钉组件掉落在设备中无法取出的风险，安装拆卸都极为不便。另一方面，由于安装空间的约束，螺钉组件只能安装在加热装置106与外圈水冷盘结构120的边缘末端，由于设备加工误差，很难保证加热装置106与外圈水冷盘结构120之间保持绝对的平面，一旦螺钉组件安装锁紧后，对整个加热装置106会产生一个导致另一端的加热装置106上翘的力矩，从而使加热灯1062无法保持较好的水平度，加热灯1062的水平度会影响反应腔100内的衬底W温度场的均匀性，更无法保证气流场的温度均匀性，使得衬底W及反应区域的工艺气体气流场的加热效果达不到预期的均匀性，也无法保证薄膜沉积的均匀性。

众所周知，在整个外延工艺过程中，衬底W薄膜的生长环境是非常苛刻的，衬底W材料本身的温度均匀性、气流场的温度均匀性以及反应温度的准确性等因素都至关重要，它们直接决定了衬底W沉积的薄膜的质量。因此，外圈水冷盘结构120和加热装置106的平稳固定尤为关键，当外圈水冷盘结构120紧密贴合于外圈反射板装置109上时，外圈水冷盘结构120上承载的加热装置106也可保持较好的水平度。

针对上述问题，如图4、图7、图8a和图8b结合所示，在本实施例中，所述外圈水冷盘结构120的基座126可拆卸地承载加热装置106，所述基座126通过连接组件可拆卸地与所述外环121连接，可选的，所述加热装置106为若干个，且在外圈水冷盘结构120上表面排列呈环状，每一所述加热装置106均由一基座126承载，方便拆卸安装任一加热装置106。当外圈水冷盘结构120的外环121和内环122与外圈反射板装置109平稳连接固定时，有助于基座126上承载的加热装置106的平稳设置，进一步保证了加热装置106的水平度及加热稳定性，不会导致加热装置106的水平度及方向的不稳定，特别是基座126仅设置在外环121，且不锈钢外环121与内环122分离设置，外环121不易发生形变，因此可以更好地保证加热装置106的水平度及方向的稳定，不仅如此，外环121的材料耐磨性好，可以更好地适应基座126的拆卸。

对于拆卸的方式，所述连接组件包括滑动引导件及定位件。所述滑动引导件设置于基座126与外环121之间，用于引导基座126相对于外环121在滑动方向上滑动；所述定位件用于在所述基座126滑动到安装位置时，将所述基座126相对于外环121固定在所述安装位置。

在安装加热装置106时，将加热装置106搭载于外圈水冷盘结构120的基座126上，通过滑动引导件将承载加热装置106的基座126相对于外环121沿该滑动引导件的轴向滑动，将其从初始位置滑动至安装位置。所述初始位置为基座126通过滑动引导件与外环121相接时的初始连接位置，所述安装位置为基座126与外环121通过滑动引导件相对滑动后到达的预定安装位置，此时基座126的下表面与外环121的上表面相接触。对应的，当拆卸该灯座结构时，将基座126相对于外环121沿滑动引导件的轴向滑动，使得基座126的下表面完全脱离外环121的上表面。

可选的，所述滑动引导件包括T型凸台127和与其适配的T型凹槽128，所述T型凹槽128用于引导T型凸台127在其内部滑动。T型结构的竖向结构保证滑动的导向作用，横向结构可防止脱落以便将两者锁定在一起，不会发生上下方向的位移。该滑动引导件可进一步保证两者连接的紧密性，且其结构简单，易于加工。通过采用T型凸台127和T型凹槽128作为滑动引导件，能够使组装和拆卸过程中都可以保持加热装置106保持平稳，无需时刻施加外力以防基座126掉落，操作方便，同时装配完成后的加热装置106更加稳定。

如图4、图7和图8a结合所示，在本实施例中，所述外环121的上表面沿周向均匀间隔设置有多个滑动引导件，各滑动引导件沿着外环121的径向延伸，可选的，每一所述滑动引导件对应安装一基座126。具体地，所述T型凸台127设置在外环121的与基座126接触的接触面上，与所述T型凸台127适配的T型凹槽128设置在基座126的与外环121接触的接触面上。

进一步的，所述T型凹槽128关于基座126的中轴线对称，以确保基座126上承载的加热装置106的两侧受力均匀。当组装完成的加热装置106一端出现使加热灯1062上翘或下沉的力矩时，该T型凹槽128以及与其适配的T型凸台127可与上述力矩抗衡，使得基座126及其承载的加热装置106更加稳定。

可选的，所述T型凸台127的长度小于或等于T型凹槽128的长度，且所述T型凹槽128贯穿整个基座126的下表面。当装配或拆卸基座126时，使外环121上表面的T型凸台127在基座126下表面贯穿的T型凹槽128内滑动，以实现从初始位置滑动至安装位置的装配过程，或者从安装位置滑动至初始位置的拆卸过程。

在本实施例中，所述T型凸台127设置于外环121的上表面上，通过外环121的T型凸台127与基座126的T型凹槽128的滑插，可实现加热装置106的安装与拆卸。为了保证部件的使用寿命，所述外环121的材料的耐磨性大于所述内环122的材料的耐磨性，即使进行多次滑插，也不会对外环121造成太大磨损，有助于增加外环121的使用寿命。如前述所述，在本实施例中，所述外环121的材料包括不锈钢，所述内环122的材料包括铜或紫铜。不锈钢材料制备的外环121，大大提高了其耐磨性，不会因频繁更换加热装置106而降低T型凸台127的导向定位功能和可靠性，在保证各部件传热效率的同时，兼顾了外环121的耐磨性。

可以理解的是，在其他实施例中，可将T型凹槽128与T型凸台127的设置位置进行互换，但其功能及相对滑动关系不变。示例地，所述T型凸台127设置在基座126的与外环121接触的接触面上，与所述T型凸台127适配的T型凹槽128设置在外环121的与基座126接触的接触面上。可选的，所述T型凸台127关于所述基座126下表面的中轴线对称，该T型凸台127的长度小于或等于T型凹槽128的长度。当装配或拆卸基座126时，将基座126的T型凸台127在外环121的T型凹槽128内滑动，进而实现加热装置106的安装或拆卸。

当然，所述滑动引导件也不仅局限为T型凸台127和T型凹槽128的配合，也可以采用现有技术中常见的其他滑动引导结构，如滑轨等。滑动引导件的数量也不局限为一个；也可以是两个，两个滑动引导件关于基座126的中轴线对称设置；也可以是三个，一个滑动引导件设置在中轴线上，另外两个等距地设置在其两侧，当然也可根据需要设置更多个数和排布类型，本发明对此不加以限制。

在本实施例中，组装加热装置106时，先将该加热装置106搭载于外圈水冷盘结构120的基座126上，加热装置106随着基座126在滑动引导件的引导作用下在外环121上滑动，当滑动到安装位置时，通过定位件的作用将基座126和外环121的相对位置固定，进而实现加热装置106的固定。

进一步的，所述定位件包括弹性结构和与其配合的定位凹槽129(请见图8b)，所述弹性结构包括外延部，在安装位置时，所述弹性结构的外延部对所述定位凹槽129形成卡止。在实际使用时，当弹性结构的外延部滑入定位凹槽129中，该外延部挤压定位凹槽129的顶部，弹性结构产生弹性变形，弹性结构发生内缩处于弹性压缩状态，其弹力使得外延部与定位凹槽129的顶部始终保持接触，进而实现定位功能。该定位件结构简单，使用操作方便。

在本实施例中，所述弹性结构设置在外环121的与基座126接触的接触面上，与所述弹性结构匹配的定位凹槽129设置在基座126的与外环121接触的接触面上。具体地，所述每个基座126下表面对应设置有两个定位凹槽129，与基座126对应的位置处，所述外环121上设置有两个弹性结构，两个弹性结构关于外环121上表面的T型凸台127两侧对称设置，对应地，成对的定位凹槽129关于基座126下表面的T型凹槽128两侧对称设置。当基座126相对于外环121滑动到所述安装位置时，所述弹性结构的外延部滑入定位凹槽129中实现定位。

当组装本实施例的加热装置106时，先将加热装置106装载于基座126上，在初始位置时，将外环121上表面设置的T型凸台127放入基座126的T型凹槽128内，此时外环121的部分上表面和基座126的部分下表面紧密相接，因此，外环121上表面的弹性结构的外延部在基座126的作用下被压缩。随着T型凸台127在T型凹槽128内滑动，当外环121和基座126的相对位置滑动到安装位置时，弹性结构的外延部恰好与基座126下表面的定位凹槽129相对，此时弹性结构的外延部弹出并伸入对应的定位凹槽129内顶住，使基座126与外环121之间的相对位置固定在安装位置。当需要拆卸加热装置106时，需先将承载有加热装置106的基座126取出，只需要给基座126一个斜向上方向的力，即可将弹性结构的外延部从定位凹槽129中拔出。

通过采用上述对称的弹性结构和与其对应的定位凹槽129作为承载加热装置106的基座126与外环121之间的定位件，不仅在安装过程中不存在不对称的力矩，还可以使安装在该基座126上的加热装置106的加热灯1062不再上翘，使其保持较好的水平度，有助于反应腔100内衬底W和反应气体的受热均匀。

需要说明的是，虽然本实施例中的弹性结构和定位凹槽129的数量为两个，但是，只要保证弹性结构关于外环121上表面的T型凸台127对称，与所述定位凹槽129关于基座126下表面的T型凹槽128对称，采用其他数量的弹性结构和定位凹槽129也可以达到相同的效果。即，本发明对定位件的数量不做限制，只要定位件可实现在安装过程中不存在不对称力矩，不会使加热装置106上翘即可。优选地，各定位件关于滑动引导件对称设置，即定位件关于基座126中轴线对称设置，有助于保持加热装置106的水平度。

当然，在其他实施例中，还可以将所述弹性结构和定位凹槽129的位置互换，但保持其功能不变，即，所述弹性结构设置在基座126的与外环121接触的接触面上，与所述弹性结构对应的定位凹槽129设置在外环121的与基座126接触的接触面上。所述弹性结构关于基座126下表面的T型凸台127或T型凹槽128对称，所述定位凹槽129关于外环121上表面的T型凹槽128或T型凸台127对称。

可选的，所述弹性结构的外延部为球头柱塞，对应的，所述定位凹槽129为球孔结构(请见图8b)。当然，所述外延部的结构不仅限于上述，其还可以为其他可实现相同功能的部件，本发明对此不加以限制。

实施例三

基于实施例二的外延设备的结构特性，本实施例对外圈水冷盘结构做出了一些改变，主要针对控温组件的设置位置做了改变。在本实施例中，所述外圈水冷盘结构包含内环、外环和控温组件，与实施例二不同的是，本实施例中的控温组件仅设置在外环上。

在本实施例中，仅在所述外环上设置有包含冷却通道的控温组件，同时，基座通过连接组件可拆卸地与所述内环连接。

与实施例二相似，在本实施例中，该外圈水冷盘结构还包括压力组件，所述压力组件用于通过内环给予外环向所述外圈反射板装置方向施加压力。在本实施例中，所述压力组件设置于内环和外环之间，内环与外环相互配合，以保证该外圈水冷盘结构的稳定性。

进一步的，本实施例的压力组件包括设置于外环的内周的至少一个凸起结构，及设置于内环的外周的、与所述凸起结构配合的阶梯形凹槽。

所述内环的材料的导热系数小于所述外环的材料的导热系数；和/或，所述内环的材料的耐磨性大于所述外环的材料的耐磨性。所述内环的材料包括不锈钢，所述外环的材料包括铜、紫铜。与前述实施例相似，在本实施例中，所述控温组件仅设置在外环中，由于控温组件的存在且内环的材料的导热系数小于所述外环的材料的导热系数，热量主要被外环所吸收，内环吸热少，因此热形变小，不仅如此，由于外环和内环不是一体的，是拼接的，因此外环内周和内环外周之间具有缝隙，降低了由外环向内环的热传递的效率，因此内环温度不高，而且内环采用了不锈钢，其线膨胀系数小于铜，因此内环更加稳定，因此与内环连接的基座更加稳定，保证了加热装置的水平度和方向的稳定性。不仅如此，由于不锈钢的硬度大于铜，因此即使铜外环发生了热变形，不锈钢内环也可以把铜外环紧密地固定在外圈反射板装置表面。

由于本实施例中，基座设置于内环上，因此所述连接组件的滑动引导件和定位件也作用于基座与内环之间。

另外本实施例的其他结构及各组件作用方式，都与实施例一或二中的结构相似或相同，在此不再加以赘述。

综上所述，本发明的一种控温装置及其外延设备中，外圈水冷盘结构120由至少两个环构成，因此每个环的宽度相比于一体的水冷盘结构减小，由于宽度减小，因此在水冷盘结构发生热形变带来的翘曲变形时，水冷盘结构的每个环与反射板装置之间产生的缝隙均不大，有助于其与反射板装置的紧密贴合，提高了控温装置与反射板装置之间的热交换效率。

进一步的，内环122和外环121非一体的，两个环的材料不同，基座126仅设置于内环122或外环121采用耐磨材料的一者上，保证了加热装置106在高温环境下的水平度和稳定性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种控温装置，其用于外延设备，所述外延设备包括加热装置、反射板装置及设置于所述反射板装置上的、用于控制所述反射板装置温度的控温装置，其特征在于，包括：

外环；

内环，其设置在外环内侧；

控温组件，所述控温组件设置在所述内环，所述控温组件包括：冷却介质进口和冷却介质出口以及贯通两者的冷却通道；

压力组件，用于通过外环给予内环向所述反射板装置方向施加压力；

所述压力组件包括设置于内环的外周的至少一个凸起结构，及设置于外环的内周的、与所述凸起结构配合的阶梯形凹槽。

2.如权利要求1所述的控温装置，其特征在于，

所述压力组件设置于内环和外环之间。

3.如权利要求1所述的控温装置，其特征在于，

所述外环的材料的导热系数小于所述内环的材料的导热系数；

和/或，所述外环的材料的耐磨性大于所述内环的材料的耐磨性。

4.如权利要求3所述的控温装置，其特征在于，

所述外环的材料包括不锈钢，所述内环的材料包括铜。

5.一种控温装置，其用于外延设备，所述外延设备包括加热装置、反射板装置及设置于所述反射板装置上的、用于控制所述反射板装置温度的控温装置，其特征在于，包括：

外环；

内环，其设置在外环内侧；

控温组件，所述控温组件设置在所述外环，所述控温组件包括：冷却介质进口和冷却介质出口以及贯通两者的冷却通道；

压力组件，用于通过内环给予外环向所述反射板装置方向施加压力；

所述压力组件包括设置于外环的内周的至少一个凸起结构，及设置于内环的外周的、与所述凸起结构配合的阶梯形凹槽。

6.如权利要求5所述的控温装置，其特征在于，

所述压力组件设置于内环和外环之间。

7.如权利要求5所述的控温装置，其特征在于，

所述内环的材料的导热系数小于所述外环的材料的导热系数；

和/或，所述内环的材料的耐磨性大于所述外环的材料的耐磨性。

8.如权利要求7所述的控温装置，其特征在于，

所述内环的材料包括不锈钢，所述外环的材料包括铜。

9.如权利要求1或5所述的控温装置，其特征在于，

所述至少一个凸起结构的轮廓为连续的波浪形、连续的折线形、连续的锯齿形中的任一种或多种。

10.如权利要求1或5所述的控温装置，其特征在于，

所述控温装置还包括：基座，所述基座用于可拆卸地承载加热装置，所述基座通过连接组件可拆卸地与所述外环或内环连接。

11.如权利要求10所述的控温装置，其特征在于，

所述连接组件包括：滑动引导件及定位件，所述滑动引导件设置于基座与外环或内环之间，用于引导基座相对于外环或内环在滑动方向上滑动；所述定位件用于在所述基座滑动到安装位置时，将所述基座相对于外环或内环固定在所述安装位置。

12.如权利要求11所述的控温装置，其特征在于，

所述滑动引导件包括T型凸台和与其适配的T型凹槽，所述T型凹槽用于引导T型凸台在其内部滑动；

所述T型凸台设置在基座的与外环或内环接触的接触面上，所述T型凹槽设置在外环或内环的与基座接触的接触面上，或，所述T型凹槽设置在基座的与外环或内环接触的接触面上，所述T型凸台设置在外环或内环的与基座接触的接触面上。

13.如权利要求12所述的控温装置，其特征在于，

所述定位件包括弹性结构和与其配合的定位凹槽，所述弹性结构包括外延部，在安装位置时，所述弹性结构的外延部对所述定位凹槽形成卡止；

所述弹性结构设置在基座的与外环或内环接触的接触面上，所述定位凹槽设置在外环或内环的与基座接触的接触面上，或，所述弹性结构设置在外环或内环的与基座接触的接触面上，所述定位凹槽设置在基座的与外环或内环接触的接触面上。

14.如权利要求13所述的控温装置，其特征在于，

所述弹性结构的外延部为球头柱塞。

15.如权利要求11所述的控温装置，其特征在于，

所述定位件数量为至少两个，且定位件关于所述滑动引导件对称设置；

所述滑动引导件沿着外环或内环的径向延伸。

16.如权利要求1或5所述的控温装置，其特征在于，所述控温装置还包括：

紧固件，所述紧固件设置于外环和/或内环上，用于将外环、内环固定于所述反射板装置上。

17.一种外延设备，其特征在于，包括：

反应腔，用于实施外延工艺，所述反应腔内部包括用于承载衬底的托盘；

加热装置，设置在反应腔的上方和/或下方，用于在外延工艺时提供热辐射；

反射板装置，用于将加热装置产生的热辐射反射至反应腔；

如权利要求1-16任一项所述的控温装置，用于控制所述反射板装置的温度。