CN116770269A - 进气法兰加热结构、加热控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种进气法兰加热结构、加热控制系统及方法，该加热结构包括进气法兰，包括内环和外环，内环与外环贯通，且固定于外环；内环和外环之间设置沿圆周方向分布的区域II和区域III，区域II和区域III上均开设连通内环和外环的进气孔；内环形成区域I；区域I、区域II和区域III的面积不等；加热装置A，用于加热区域I，包绕在内环的外环面上；加热装置B，用于加热区域II和区域III，包括若干加热器一，区域II和区域III内均嵌设加热器一；加热器一的一端延伸至外环的外部。本发明在通过加热提高炉管进气法兰处温度的同时，兼顾不破环工艺区温度均匀性，还保证进气法兰圆周方向升温速率的一致性。

Description

进气法兰加热结构、加热控制系统及方法

技术领域

本发明属于半导体领域晶圆制造工艺设备领域，尤其涉及一种进气法兰加热结构、加热控制系统及方法。

背景技术

在集成电路生产中广泛使用化学气相沉积技术沉积各种半导体单晶外延薄膜，多晶硅薄膜，半绝缘的掺氧多晶硅薄膜，绝缘二氧化硅，氮化硅，磷硅玻璃以及金属薄膜等。化学气相沉积是利用气态物质在固体表面进行化学反应，生成固态沉积物的工艺过程。其过程一般包括四个步骤：反应气体向晶圆表面扩散，反应气体吸附于晶圆表面，在晶圆表面发生化学反应，气态副产物脱离脱离表面，之后多余反应气体及气态副产物通过真空抽空装置被抽离腔体。而在此过程中，工艺气体及其与晶圆反应后的副产物也会或多或少沉积在工艺腔体内壁各处。随着工艺的进行，沉积在工艺腔室内壁各处的这些沉积物会脱离原来附着的表面，在腔体内部形成微小的颗粒，当这些颗粒飘至晶圆表面时会在晶圆表面形成有害区域，从而降低晶圆的良品率。

现有技术中，为了减少颗粒物的产生，通常的做法包括：一、提高表面的粗糙度等级，使表面尽量光滑，这样气体流经此表面时阻力较小，不易被表面吸附。二、提高表面的温度，因工艺气体或反应副产物沉积在表面的过程大多为物理沉积，所以提高表面的温度有利于减少气体的沉积。三、增加吹扫气流，使颗粒延气流方向运动直至排出腔体，从而达到减少腔体工艺区域的颗粒的数量的目的。

针对第二种做法，涉及炉管进气法兰处(图1双点划线区域)，即图1中进气法兰4。如图2所示，由进气法兰法兰延圆周方向各部位质量分布不均，分别有I、II、III区域，这些区域的尺寸各不相同，所对应的质量也不相同，使用传统的加热方式很难保证法兰圆周方向各个位置的温度一致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种进气法兰加热结构、加热控制系统及方法，在通过加热提高炉管进气法兰处温度的同时，兼顾不破环工艺区温度均匀性，还保证进气法兰圆周方向升温速率的一致性。

一种进气法兰加热结构，包括：

进气法兰，包括内环和外环，所述内环与外环贯通，且固定于所述外环；所述内环和外环之间设置沿圆周方向分布的区域II和区域III，所述区域II和区域III上均开设连通内环和外环的进气孔；所述内环形成区域I；所述区域I、区域II和区域III的面积不等；

加热装置A，用于加热区域I，包绕在所述内环的外环面上；

加热装置B，用于加热所述区域II和区域III，包括若干加热器一，所述区域II和区域III内均嵌设所述加热器一；所述加热器一的一端延伸至所述外环的外部。

优选地，所述加热装置A包括：

加热器二，所述加热器二为环形；

保温层一和保温层二，所述保温层一设置于所述加热器二的内环面，所述保温层二设置于所述加热器二的外环面。

优选地，所述保温层一和保温层二均为云母材质。

优选地，进一步包括用于压紧所述加热装置A的压紧装置；所述压紧装置包括：

金属压片，一侧面与所述加热器二的保温层二贴合，另一侧面固定于调节螺栓的一端；

及金属卡板，所述金属卡板的两端分别卡入外环的凹槽上；所述调节螺栓与金属卡板螺纹连接。

优选地，所述压紧装置沿圆周分布。

优选地，所述进气孔的两侧分别设置一所述加热器一。

优选地，所述加热器一和加热器二均包括：加热单元和测温单元。

一种进气法兰加热控制系统，包括：

加热装置A和加热装置B，所述加热装置A的测温单元和加热装置B的测温单元均实时感知相应部位的温度；所述测温单元实时将温度信号反馈至控制单元；

所述控制单元对比每个加热器一、每个加热器二各自的温度和各自升温速率，之后分别反馈相应的信号给对应的功率输出单元；

若干所述功率输出单元，与加热器一、加热器二对应设置，一个所述功率输出单元与加热器一或者加热器二信号连接；所述功率输出单元输出相应的功率给到对应的加热器中的加热单元，以实现各加热器的升温速率一致性；

及供电模块，用于供电至所述功率输出单元。

一种进气法兰加热控制方法，包括：

步骤1、加热装置A和加热装置B的测温单元实时感知相应部位的温度，并实时将温度信号反馈至控制单元；

步骤2、所述控制单元对比每个加热器一、每个加热器二各自的温度和各自升温速率，之后分别反馈相应的信号给对应的功率输出单元；

步骤3、所述功率输出单元输出相应的功率给到对应的加热器中的加热单元，以实现各加热器的升温速率一致。

与现有技术相比，本发明的优点为：

对于进气法兰的区域I、区域II和区域III分别设置独立的加热区域，和独立的控温系统来控制其表面温度，使进气法兰内壁面各处升温速率一致，最终实现温度的均匀性。具体的，加热装置A，用于加热区域I，包绕在内环的外环面上。加热装置B，用于加热区域II和区域III，包括若干加热器一，区域II和区域III内均嵌设加热器一；加热过程中，加热装置A和加热装置B的测温单元实时感知相应部位的温度，并实时将温度信号反馈至控制单元。控制单元对比每个加热器一、每个加热器二各自的温度和各自升温速率，之后分别反馈相应的信号给对应的功率输出单元；功率输出单元输出相应的功率给到对应的加热器中的加热单元，以实现各加热器的升温速率一致和最终温度的均匀性。

附图说明

图1为现有技术中半导体晶圆制造工艺设备中工艺腔室的结构图；

图2为图1中进气法兰的俯视图；

图3为进气法兰加热结构图；

图4为图3中压紧装置，A-A截面的剖视图；

图5为加热器一和加热器二的内部结构图；

图6为进气法兰加热控制系统的结构图。

其中，1-加热构件，2-石英炉管，3-炉门，4-进气法兰，41-区域I，42-区域II，43-区域III，5-加热器二，6-保温层一，7-保温层二，8-加热器一，9-金属卡板，10-调节螺杆，11-金属压片，12-加热单元，13-测温单元。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的进气法兰加热结构、加热控制系统及方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

一种进气法兰加热结构，包括：

进气法兰4，如图1～2所示，为现有技术。具体的，包括内环和外环，内环和外环一体成型，内环与外环贯通，且固定于外环；内环和外环之间设置沿圆周方向分布的区域II42和区域III43，区域II42和区域III43上均开设连通内环和外环的进气孔；内环形成区域I41；区域I41、区域II42和区域III43的面积不等，截面形状不同。

由图1，包括工艺腔室的加热构件1，石英炉管2，进气法兰4及炉门3。

由图2，a，b，c，d分别为进气法兰4的进气孔。

由进气法兰4法兰延圆周方向各部位质量分布不均，分别有区域I41、区域II42和区域III43，这些区域的尺寸各不相同，所对应的质量也不相同，，而且圆周各处升至目标温度的时间也不尽相同。

根据公式为了使这些区域的升温速率一致，需要给这些区域施加不同的功率。

因此，本实施例中，对于图2中区域I41、区域II42和区域III43分别设置独立的加热区域，和独立的控温系统来控制其表面温度，使进气法兰4内壁面各处升温速率一致。

加热装置A，用于加热区域I，包绕在内环的外环面上。具体的，加热装置A包括：加热器二5、保温层一6和保温层二7。

加热器二5为环形；保温层一6和保温层二7，保温层一6设置于加热器二5的内环面，保温层二7设置于加热器二5的外环面。保温层一6和保温层二7均为云母材质。

加热装置B，用于加热区域II42和区域III43，包括若干加热器一8，区域II42和区域III43内均嵌设加热器一8；加热器一8的一端延伸至外环的外部。进气孔的两侧分别设置一加热器一8。具体的，a，b，c，d又把区域II42、区域III43分成了相应的六个相对独立的部分，在这些相对部分的区域开孔并插入一定数量的加热器一8，使之对进气法兰4的区域II42、区域III43I加热。这些一定数量的加热器一8构成了加热装置B。

压紧装置，沿圆周分布，如图3～4所示，用于压紧加热装置A，压紧装置包括：金属压片11、金属卡板9及调节螺栓10。

金属压片11，一侧面与加热器二5的保温层二7贴合，另一侧面固定于调节螺栓10的一端。金属卡板9，金属卡板9的两端分别卡入外环的凹槽上；调节螺栓10与金属卡板9螺纹连接。

通过调节螺栓10，即可实现图4中金属压片11沿径向的左右运动，从而将加热装置A压紧在进气法兰4的外壁上。

如图5所示，加热器一8和加热器二5均包括：加热单元12和测温单元13(热电偶)。加热单元12为加热丝，负责供给加热带热量，测温单元13负责反馈加热装置A和加热装置B的实时温度。

如图6所示，一种进气法兰加热控制系统，包括：加热装置A、加热装置B、控制单元、功率输出单元及供电模块。

加热装置A和加热装置B，加热装置A的测温单元13和加热装置B的测温单元13均实时感知相应部位的温度；测温单元13实时将温度信号反馈至控制单元。

控制单元对比每个加热器一8、每个加热器二5各自的温度和各自升温速率，之后分别反馈相应的信号给对应的功率输出单元。

若干功率输出单元，与加热器一8、加热器二5对应设置，一个功率输出单元与加热器一8或者加热器二5信号连接；功率输出单元输出相应的功率给到对应的加热器中的加热单元12，以实现各加热器的升温速率一致性。

供电模块，用于供电至功率输出单元。

一种进气法兰加热控制方法，包括：

步骤1、加热过程中，加热装置A和加热装置B的测温单元13实时感知相应部位的温度，并实时将温度信号反馈至控制单元。

步骤2、控制单元对比每个加热器一8、每个加热器二5各自的温度和各自升温速率，之后分别反馈相应的信号给对应的功率输出单元。

步骤3、功率输出单元输出相应的功率给到对应的加热器中的加热单元12，以实现各加热器的升温速率一致和最终温度的均匀性。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种进气法兰加热结构，其特征在于，包括：

进气法兰，包括内环和外环，所述内环与外环贯通，且固定于所述外环；所述内环和外环之间设置沿圆周方向分布的区域II和区域III，所述区域II和区域III上均开设连通内环和外环的进气孔；所述内环形成区域I；所述区域I、区域II和区域III的面积不等；

加热装置A，用于加热区域I，包绕在所述内环的外环面上；

加热装置B，用于加热所述区域II和区域III，包括若干加热器一，所述区域II和区域III内均嵌设所述加热器一；所述加热器一的一端延伸至所述外环的外部。

2.根据权利要求1所述的进气法兰加热结构，其特征在于，所述加热装置A包括：

加热器二，所述加热器二为环形；

保温层一和保温层二，所述保温层一设置于所述加热器二的内环面，所述保温层二设置于所述加热器二的外环面。

3.根据权利要求2所述的进气法兰加热结构，其特征在于，所述保温层一和保温层二均为云母材质。

4.根据权利要求3所述的进气法兰加热结构，其特征在于，进一步包括用于压紧所述加热装置A的压紧装置；所述压紧装置包括：

金属压片，一侧面与所述加热器二的保温层二贴合，另一侧面固定于调节螺栓的一端；

及金属卡板，所述金属卡板的两端分别卡入外环的凹槽上；所述调节螺栓与金属卡板螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的进气法兰加热结构，其特征在于，所述压紧装置沿圆周分布。

6.根据权利要求2所述的进气法兰加热结构，其特征在于，所述进气孔的两侧分别设置一所述加热器一。

7.根据权利要求2所述的进气法兰加热结构，其特征在于，所述加热器一和加热器二均包括：加热单元和测温单元。

8.一种进气法兰加热控制系统，其特征在于，包括：

加热装置A和加热装置B，所述加热装置A的测温单元和加热装置B的测温单元均实时感知相应部位的温度；所述测温单元实时将温度信号反馈至控制单元；

所述控制单元对比每个加热器一、每个加热器二各自的温度和各自升温速率，之后分别反馈相应的信号给对应的功率输出单元；

若干所述功率输出单元，与加热器一、加热器二对应设置，一个所述功率输出单元与加热器一或者加热器二信号连接；所述功率输出单元输出相应的功率给到对应的加热器中的加热单元，以实现各加热器的升温速率一致性；

及供电模块，用于供电至所述功率输出单元。

9.一种进气法兰加热控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、加热装置A和加热装置B的测温单元实时感知相应部位的温度，并实时将温度信号反馈至控制单元；

步骤2、所述控制单元对比每个加热器一、每个加热器二各自的温度和各自升温速率，之后分别反馈相应的信号给对应的功率输出单元；

步骤3、所述功率输出单元输出相应的功率给到对应的加热器中的加热单元，以实现各加热器的升温速率一致。