CN220468144U - 一种真空腔室及气相沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种真空腔室及气相沉积设备，涉及半导体加工技术领域。该真空腔室包括：腔体、设置在腔体内壁上的内衬，以及用于对内衬进行加热并使内衬保持在预设温度范围内的控温组件，腔体内部设有衬底载盘，腔体与内衬围合形成气体通道，气体通道与气源连通，内衬上与气体通道对应的区域设有进气孔，气体通道内的工艺气体经由进气孔进入腔体内部。该真空腔室通过设置控温组件对内衬进行加热，使整个工艺气体流经的侧壁和腔体内部的温度都接近衬底载盘的工艺温度，一方面可以提高衬底载盘温度的均匀性，从而提高图案化材料层的均匀性以及图案化材料层的形成速度。另一方面还可以减少内衬侧壁上由于低温形成的颗粒，降低真空腔室的颗粒污染。
Description
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，涉及一种真空腔室及气相沉积设备。
背景技术
集成电路的制造可以通过在衬底表面形成图案化材料层的工艺实现，而在衬底上形成图案化材料层需要通过形成或去除材料的方法实现，该过程中温度是否稳定会直接影响产品的质量。
现有技术中，衬底的温度通常通过衬底载盘来控制和保持，衬底载盘整个表面上温度的波动可以在衬底上产生温度变化，衬底载盘上温度变化的区域会影响在衬底上或对衬底执行的工艺，从而降低衬底上沉积膜或蚀刻结构的均匀性，降低产品的质量。
衬底表面的温度受衬底载盘的影响，而衬底载盘的温度均匀性与整个真空腔室的环境有密切的关系，并且受真空腔室的温度影响很大。有鉴于此，特提出本申请。
实用新型内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种真空腔室及气相沉积设备，其能够提高衬底载盘温度的均匀性，进而提高衬底上沉积膜或蚀刻结构的均匀性。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
本申请实施例的一方面，提供一种真空腔室，包括：腔体、设置在腔体内壁上的内衬，以及用于对内衬进行加热并使内衬保持在预设温度范围内的控温组件，腔体内部设有衬底载盘，腔体与内衬围合形成气体通道，气体通道与气源连通，内衬上与气体通道对应的区域设有进气孔，气体通道内的工艺气体经由进气孔进入腔体内部。
可选地，控温组件包括控制器、与控制器电连接的电源和温度传感器，以及与电源电连接的加热器，加热器与内衬贴合，温度传感器设置在内衬上，温度传感器用于检测内衬的实时温度，控制器用于根据实时温度调节电源的输出功率进而控制加热器的加热功率。
可选地，控制器、电源和加热器位于腔体的外部，腔体上设有加热孔，加热器经由加热孔伸入腔体内与内衬贴合。
可选地，加热孔位于腔体的底部。
可选地，内衬呈桶状，加热器呈环状，加热器的环形加热面与内衬的环形外表面贴合。
可选地，内衬呈桶状，加热器包括多个，多个加热器沿内衬的圆周方向均匀分布并同时与内衬贴合。
可选地，控制器为PID控制器。
可选地，腔体的上表面和内壁交界处设有环形气槽，内衬包括内衬本体和连接在内衬本体端部的内衬翻边，内衬本体与腔体的内壁贴合，内衬翻边与腔体的上表面平齐并将环形气槽的开口覆盖，以形成气体通道。
可选地，气体通道呈环形，气体通道的延伸方向平行于衬底载盘的表面，进气孔包括多个，多个进气孔沿气体通道的延伸方向均匀分布于内衬。
本申请实施例的另一方面，提供一种气相沉积设备，包括如上任一项的真空腔室。
本申请的有益效果包括：
本申请提供了一种真空腔室，包括：腔体、设置在腔体内壁上的内衬，以及用于对内衬进行加热并使内衬保持在预设温度范围内的控温组件，腔体内部设有衬底载盘，腔体与内衬围合形成气体通道，气体通道与气源连通，内衬上与气体通道对应的区域设有进气孔，气体通道内的工艺气体经由进气孔进入腔体内部。该真空腔室通过设置控温组件对内衬进行加热，使整个工艺气体流经的侧壁和腔体内部的温度都接近衬底载盘的工艺温度，一方面可以提高衬底载盘温度的均匀性，从而提高图案化材料层的均匀性以及图案化材料层的形成速度。另一方面还可以减少内衬侧壁上由于低温形成的颗粒，降低真空腔室的颗粒污染。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的气相沉积设备的局部结构示意图之一；
图2为本申请实施例提供的气相沉积设备的局部结构示意图之二。
图标：100-真空腔室；110-腔体；111-加热孔；120-内衬；121-进气孔；122-内衬本体；123-内衬翻边；131-控制器；132-电源；133-温度传感器；134-加热器；140-衬底载盘；150-气体通道；200-气相沉积设备。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请实施例的一方面，参照图1和图2，提供一种真空腔室100，包括：腔体110、设置在腔体110内壁上的内衬120，以及用于对内衬120进行加热并使内衬120保持在预设温度范围内的控温组件，腔体110内部设有衬底载盘140，腔体110与内衬120围合形成气体通道150，气体通道150与气源连通，内衬120上与气体通道150对应的区域设有进气孔121，气体通道150内的工艺气体经由进气孔121进入腔体110内部。
该真空腔室100可用于在衬底表面形成图案化材料层，真空腔室100的腔体110内部设有衬底载盘140，衬底载盘140用于放置并固定待加工的衬底。衬底载盘140可以固定设置在腔体110内，也可以转动设置在腔体110内，具体可以根据工艺是否需要衬底旋转确定。示例地，衬底载盘140转动设置在腔体110内，衬底放置于衬底载盘140的上表面，衬底载盘140通过真空吸附作用将衬底固定。腔体110的内壁上设有内衬120，内衬120与腔体110的内壁共同围合形成了气体通道150，该气体通道150可以通过在腔体110内壁设置凹槽，内衬120覆盖凹槽的开口形成，也可以通过弯折内衬120形成开口朝向腔体110内壁的凹槽，再将凹槽扣合在腔体110内壁上形成。当然，以上两种方式仅为形成气体通道150的示例方案，气体通道150还可以通过其他方式形成。气体通道150与气源连通，用于向腔体110内通入工艺气体。内衬120上用于形成气体通道150的区域设有进气孔121，进气孔121将气体通道150和腔体110内部连通，气源通入气体通道150内的工艺气体通过进气孔121进入腔体110内部，以在衬底上通过形成或去除材料的方法形成图案化材料层。
此外，该真空腔室100还包括了控温组件，控温组件能够对内衬120进行加热，并使内衬120保持在预设温度范围内。对内衬120的加热设计，使整个工艺气体流经的侧壁和腔体110内部的温度都接近衬底载盘140的工艺温度，一方面可以提高衬底载盘140温度的均匀性，从而提高图案化材料层的均匀性以及图案化材料层的形成速度。另一方面还可以减少内衬120侧壁上由于低温形成的颗粒，降低真空腔室100的颗粒污染。
需要说明的是，本实施例中，对控温组件的结构不作限定，只要其能够对内衬120进行加热，并使内衬120保持在预设温度范围内即可。预设温度范围根据衬底载盘140的工艺温度确定，内衬120在预设温度范围内能够使工艺气体的温度接近衬底载盘140的工艺温度，至于接近的程度，需要根据实际加工效果和对图案化材料层的精度要求等因素进行确定。
可选地，本申请实施例的一种可实现的方式中，控温组件包括控制器131、与控制器131电连接的电源132和温度传感器133，以及与电源132电连接的加热器134，加热器134与内衬120贴合，温度传感器133设置在内衬120上，温度传感器133用于检测内衬120的实时温度，控制器131根据实时温度调节电源132的输出功率进而控制加热器134的加热功率。
控制器131内设定内衬120需要的预设温度，控制器131通过调节电源132的输出功率控制加热器134的加热功率，从而使加热器134升温，加热器134与内衬120贴合设置，通过热量的传递使内衬120的温度逐渐升高至预设温度。温度传感器133实时监测内衬120的温度，并将温度数据反馈给控制器131，控制器131根据实际温度和预设温度之间的误差，对电源132的输出功率进行调节，从而使内衬120的温度稳定在预设温度范围内，实现对真空腔室100的内衬120加热温度的精确控制。
示例地，内衬120部分区域向腔体110外延伸，在腔体110外部形成测温输出点，温度传感器133设置在测温输出点上，实时监测内衬120的温度。将温度传感器133设置在腔体110的外部，可以避免工艺气体和工艺温度对温度传感器133造成影响，同时还能降低对温度传感器133的要求，进而降低成本。
可以理解，预设温度为接近衬底载盘140工艺温度的某一温度值，优选地，预设温度等于衬底载盘140的工艺温度。预设温度范围是指预设温度上下浮动一定温度后所得到的范围，该温度浮动范围可以根据实际加工效果和对图案化材料层的精度要求等因素进行确定。
为了提高加热效果，优选地，内衬120的材料为导电金属，且该导电金属不与工艺气体发生化学反应。
可选地，本申请实施例的一种可实现的方式中，控制器131为PID控制器。PID控制器能够把接收到的温度数据与预设温度进行比较，然后将两者的差别用于计算新的电源132输出功率，新的电源132输出功率可以让内衬120的温度达到或者保持在预设温度。PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整电源132输出功率，这样可以使内衬120的温度更加准确、稳定。
可选地，本申请实施例的一种可实现的方式中，加热器134为加热棒，加热棒的加热面大，加热效率较高。
可选地，本申请实施例的一种可实现的方式中，内衬120呈桶状，加热器134呈环状，加热器134的环形加热面与内衬120的环形外表面贴合。加热器134以环形面加热的方式，提高内衬120的加热效率和温度均匀性。
示例地，内衬120呈桶状且底部开口，从而将腔体110内部的底面露出，加热器134呈环形并设置在内衬120的底部，加热器134与内衬120的环形底面相贴合。或者，内衬120呈桶状，加热器134呈环形并环绕内衬120设置，加热器134与内衬120的环形外侧面相贴合。
可选地，本申请实施例的一种可实现的方式中，内衬120呈桶状，加热器134包括多个，多个加热器134沿内衬120的圆周方向均匀分布并同时与内衬120贴合。多个加热器134以局部面加热的方式，提高内衬120的加热效率和温度均匀性。
示例地，内衬120呈桶状且底部开口，从而将腔体110内部的底面露出，加热器134包括多个并在内衬120的底部沿内衬120的圆周方向均匀分布，多个加热器134同时与内衬120的环形底面相贴合。或者，内衬120呈桶状，加热器134包括多个并环绕内衬120的外侧面均匀分布，多个加热器134同时与内衬120的环形外侧面相贴合。
可选地，本申请实施例的一种可实现的方式中，控制器131、电源132和加热器134设置在腔体110的外部，如此设置，可以避免工艺气体和工艺温度对控制器131和电源132造成影响，同时还能降低对控制器131和电源132的要求，进而降低成本。腔体110上设有加热孔111，加热器134经由加热孔111伸入腔体110内与内衬120贴合，从而实现对内衬120的加热。
可选地，本申请实施例的一种可实现的方式中，加热孔111位于腔体110的底部。腔体110的底部较薄，便于加热器134伸入腔体110内与内衬120贴合。
可选地，本申请实施例的一种可实现的方式中，腔体110的上表面和内壁交界处设有环形气槽，该环形气槽可以呈完整环形，也可以呈半环形。内衬120包括内衬本体122和连接在内衬本体122端部的内衬翻边123，内衬翻边123由内衬本体122的端部水平向外延伸。内衬本体122与腔体110的内壁贴合，内衬翻边123与腔体110的上表面平齐并将环形气槽的开口覆盖，以形成气体通道150。工艺气体从腔体110的顶部进入，逐渐充满腔体110。
可选地，本申请实施例的一种可实现的方式中，气体通道150呈环形，气体通道150的延伸方向平行于衬底载盘140的表面，进气孔121包括多个，多个进气孔121沿气体通道150的延伸方向均匀分布于内衬120。多个进气孔121同时进气，可以使腔体110内部的工艺气体分布更加均匀，也能够提高进气效率。
本实施例还提供一种气相沉积设备200，包括如上任一项的真空腔室100。
该气相沉积设备200包含与前述实施例中的真空腔室100相同的结构和有益效果。真空腔室100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种真空腔室，其特征在于，包括：腔体(110)、设置在所述腔体(110)内壁上的内衬(120)，以及用于对所述内衬(120)进行加热并使所述内衬(120)保持在预设温度范围内的控温组件，所述腔体(110)内部设有衬底载盘(140)，所述腔体(110)与所述内衬(120)围合形成气体通道(150)，所述气体通道(150)与气源连通，所述内衬(120)上与所述气体通道(150)对应的区域设有进气孔(121)，所述气体通道(150)内的工艺气体经由所述进气孔(121)进入所述腔体(110)内部。
2.如权利要求1所述的真空腔室，其特征在于，所述控温组件包括控制器(131)、与所述控制器(131)电连接的电源(132)和温度传感器(133)，以及与所述电源(132)电连接的加热器(134)，所述加热器(134)与所述内衬(120)贴合，所述温度传感器(133)设置在所述内衬(120)上，所述温度传感器(133)用于检测所述内衬(120)的实时温度，所述控制器(131)用于根据所述实时温度调节所述电源(132)的输出功率进而控制所述加热器(134)的加热功率。
3.如权利要求2所述的真空腔室，其特征在于，所述控制器(131)、所述电源(132)和所述加热器(134)位于所述腔体(110)的外部，所述腔体(110)上设有加热孔(111)，所述加热器(134)经由所述加热孔(111)伸入所述腔体(110)内与所述内衬(120)贴合。
4.如权利要求3所述的真空腔室，其特征在于，所述加热孔(111)位于所述腔体(110)的底部。
5.如权利要求2所述的真空腔室，其特征在于，所述内衬(120)呈桶状，所述加热器(134)呈环状，所述加热器(134)的环形加热面与所述内衬(120)的环形外表面贴合。
6.如权利要求2所述的真空腔室，其特征在于，所述内衬(120)呈桶状，所述加热器(134)包括多个，多个加热器(134)沿所述内衬(120)的圆周方向均匀分布并同时与所述内衬(120)贴合。
7.如权利要求2所述的真空腔室，其特征在于，所述控制器(131)为PID控制器。
8.如权利要求1所述的真空腔室，其特征在于，所述腔体(110)的上表面和内壁交界处设有环形气槽，所述内衬(120)包括内衬本体(122)和连接在所述内衬本体(122)端部的内衬翻边(123)，所述内衬本体(122)与所述腔体(110)的内壁贴合，所述内衬翻边(123)与所述腔体(110)的上表面平齐并将所述环形气槽的开口覆盖，以形成所述气体通道(150)。
9.如权利要求1所述的真空腔室，其特征在于，所述气体通道(150)呈环形，所述气体通道(150)的延伸方向平行于所述衬底载盘(140)的表面，所述进气孔(121)包括多个，多个所述进气孔(121)沿所述气体通道(150)的延伸方向均匀分布于所述内衬(120)。
10.一种气相沉积设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的真空腔室。
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