加熱裝置、反應腔室及等離子體加工設備的制作方法
【專利摘要】本發明提供加熱裝置、反應腔室及等離子體加工設備，加熱裝置包括多個相互獨立的子線圈、通斷開關和交流電源，其中多個子線圈分別對應于被加工工件表面的不同區域設置；通斷開關用于選擇性地將多個子線圈中的其中一個子線圈與交流電源電連接，或者選擇性地將多個子線圈中的其中至少兩個子線圈串聯形成多匝線圈，并將該多匝線圈與交流電源電連接；交流電源用于向與其電連接的子線圈提供交變電流，以使該子線圈或多匝線圈采用感應加熱的方式對與之相對應的被加工工件表面的區域進行加熱。本發明提供的加熱裝置，其可以采用感應加熱的方式對被加工工件進行均勻加熱，從而可以提高工藝的均勻性。
【專利說明】加熱裝置、反應腔室及等離子體加工設備

【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體加工【技術領域】，具體涉及一種加熱裝置、反應腔室及等離子體加工設備。

【背景技術】
[0002]化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposit1n,簡稱CVD)技術是一種利用不同氣體在高溫下的相互反應以在被加工工件的表面上制備外延薄膜層的技術。在工藝過程中，不僅需要將被加工工件加熱至工藝所需的溫度，而且需要被加工工件的溫度均勻以保證工藝質量。
[0003]為此，可采用電阻加熱或紅外加熱的方式對被加工工件進行分區控溫，以實現對被加工工件進行均勻加熱。具體地，將被加工工件的表面劃分為多個區域，每個區域對應的設置有加熱裝置，加熱裝置包括加熱電阻或紅外加熱器和溫控單元，其中，每個加熱電阻或紅外加熱器用于對與之對應的被加工工件的區域進行加熱，每個溫控單元用于對與之對應的被加工工件的不同區域進行溫度控制，因此可以實現對被加工工件不同區域進行分區控溫，從而可以對被加工工件進行均勻加熱。
[0004]在實際應用中，通常采用感應加熱的方式對被加工工件進行加熱。具體的工作原理如下:請參閱圖1，在反應腔室10的底部設置有用于承載被加工工件S的承載裝置11，并且，在承載裝置11的下方設置加熱裝置，加熱裝置包括感應線圈12和溫控單元，其中，感應線圈12與交流電源(圖中未示出)電連接，交流電源用于向感應線圈12提供交變電流，以使感應線圈12在反應腔室內，且與感應線圈12相對應的區域產生交變磁場，這使得承載裝置11在交變磁場下其內部感應出能夠產生熱量的渦電流，從而可以加熱承載裝置11，進而加熱被加工工件S ;溫控單元用于通過控制交流電源的輸出功率以使被加工工件加熱至工藝所需的溫度。
[0005]由于感應加熱的方式具有升溫快、熱慣性小、壽命長等優點，因此，當采用上述感應加熱的方式對被加工工件s進行分區控溫，以實現對被加工工件進行均勻加熱時，可對應于被加工工件S表面的不同區域分別獨立設置有感應線圈12和溫控單元。然而，在對被加工工件表面的不同區域進行加熱的過程中，往往存在多個感應線圈12各自產生的交變磁場會相互耦合和干擾，造成對被加工工件的分區控溫產生影響，從而不能實現采用感應加熱的方式對被加工工件進行均勻加熱。


【發明內容】

[0006]本發明旨在解決現有技術中存在的技術問題，提供了一種加熱裝置、反應腔室及等離子體加工設備，其可以采用感應加熱的方式對被加工工件進行均勻加熱，從而可以提高工藝的均勻性。
[0007]為實現本發明的目的而提供一種加熱裝置，包括多個相互獨立的子線圈、通斷開關和交流電源，其中所述多個子線圈分別對應于被加工工件表面的不同區域設置；所述通斷開關用于選擇性地將所述多個子線圈中的其中一個子線圈與所述交流電源電連接，或者選擇性地將所述多個子線圈中的其中至少兩個子線圈串聯形成多匝線圈，并將該多匝線圈與所述交流電源電連接；所述交流電源用于向與其電連接的子線圈或多匝線圈提供交變電流，以使該子線圈或多匝線圈采用感應加熱的方式對與之相對應的所述被加工工件表面的區域進行加熱。
[0008]其中，每個所述子線圈為沿所述被加工工件表面的周向在水平或豎直方向上纏繞的至少一匝線圈，并且所述多個子線圈相互嵌套。
[0009]其中，每個所述通斷開關包括反向并聯的兩個晶閘管。
[0010]其中，所述的加熱裝置還包括溫控單元，所述溫控單元包括檢測模塊和控制模塊，其中所述檢測模塊用于分別檢測所述被加工工件的不同區域的溫度信號，并將所述溫度信號發送至所述控制模塊，所述控制模塊用于基于所述溫度信號控制所述通斷開關選擇性地將所述多個子線圈中的其中一個子線圈與所述交流電源電連接，或者選擇性地將所述多個子線圈中的其中至少兩個子線圈串聯形成多匝線圈，并將該多匝線圈與所述交流電源電連接。
[0011]其中，所述檢測模塊包括溫度傳感器。
[0012]其中，所述溫度傳感器為接觸式溫度傳感器或非接觸式溫度傳感器。
[0013]其中，所述交流電源的頻率范圍在1?ΙΟΟΚΗζ。
[0014]為實現本發明的目的還提供一種反應腔室，在所述反應腔室內設置有承載被加工工件的承載裝置，并且，在所述承載裝置的下方設置有加熱裝置，所述加熱裝置采用本發明提供的上述加熱裝置。
[0015]為實現本發明的目的還提供一種等離子體加工設備，包括反應腔室，所述反應腔室采用本發明提供的上述反應腔室。
[0016]本發明具有下述有益效果:
[0017]本發明提供的加熱裝置，其對應于被加工工件表面的不同區域設置有多個相互獨立的子線圈，并且借助通斷開關選擇性地將多個子線圈中的其中一個子線圈與交流電源電連接，或者選擇性地將多個子線圈中的其中至少兩個子線圈串接形成多匝線圈，并將該多匝線圈與交流電源電連接，這使得該一個子線圈或多匝線圈僅產生一個獨立的交變磁場，可以避免現有技術中多個交變磁場相互耦合和干擾的問題，因而不會對被加工工件的分區控溫產生影響，從而可以采用感應加熱的方式對被加工工件均勻加熱，進而可以提高工藝的均勻性。
[0018]本發明提供的反應腔室，其采用本發明提供的加熱裝置，可以采用感應加熱的方式對被加工工件均勻加熱，從而可以提高工藝的均勻性，進而可以提高工藝質量。
[0019]本發明提供的等離子體加工設備，其采用本發明提供的反應腔室，可以采用感應加熱的方式對被加工工件均勻加熱，從而可以提高工藝的均勻性，進而可以提高工藝質量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現有的采用感應加熱的方式加熱被加工工件的示意圖；
[0021]圖2為本發明第一實施例提供的一種加熱裝置的俯視圖；
[0022]圖3為本發明第一實施例提供的加熱裝置的結構示意圖；
[0023]圖4為被加工工件的一種結構示意圖；
[0024]圖5為圖3中多個子線圈之間的結構示意圖；
[0025]圖6為本發明第一實施例提供的另一種加熱裝置的俯視圖；以及
[0026]圖7為被加工工件另一種結構示意圖。

【具體實施方式】
[0027]為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明提供的加熱裝置、反應腔室和等離子體加工設備進行詳細描述。
[0028]圖2為本發明第一實施例提供的加熱裝置的俯視圖。圖3為本發明第一實施例提供的加熱裝置的結構示意圖。圖4為被加工工件的一種結構示意圖。請一并參閱圖2、圖3和圖4，該加熱裝置包括多個相互獨立的子線圈(1，2，3)、通斷開關和交流電源S。其中，多個子線圈(1，2，3 )分別對應于被加工工件表面的不同區域設置，在本實施例中，每個子線圈為沿被加工工件表面的周向在水平或豎直方向上纏繞的至少一匝線圈，并且，如圖2所示，多個子線圈(1，2，3)相互嵌套，且多個子線圈(1，2，3)分別與被加工工件表面的區域(10，20,30)——對應。
[0029]通斷開關用于選擇性地將多個子線圈(1，2，3)中的其中一個子線圈與交流電源S電連接，或者選擇性地將多個子線圈(1，2，3)中的其中至少兩個子線圈串聯形成多匝線圈，并將該多匝線圈與交流電源S電連接；交流電源S用于向與其電連接的子線圈提供交變電流，以使該子線圈采用感應加熱的方式對與之相對應的被加工工件表面的區域進行加熱。并且，交流電源S的頻率范圍在1?ΙΟΟΚΗζ。
[0030]下面結合圖3來詳細描述如何實現通斷開關選擇性地將多個子線圈(1，2，3)中的其中一個子線圈與交流電源S電連接，或者選擇性地將多個子線圈(1，2，3)中的其中至少兩個子線圈串聯形成多匝線圈，并將該多匝線圈與交流電源S電連接，以對與該子線圈或多匝線圈相對應的被加工工件表面的區域進行加熱的具體過程:具體地，子線圈1的尾端lb借助通斷開關K1與子線圈2的首端2a導通或者斷開，子線圈2的尾端2b借助通斷開關K2與子線圈3的首端3a導通或者斷開，子線圈1的尾端lb借助通斷開關K3與子線圈3的首端3a導通或者斷開；交流電源S的一端借助通斷開關K4、K5、K6分別與子線圈(1，2，3)的首端la、2a和3a導通或者斷開，交流電源S的另一端借助通斷開關K9、K8、K7分別與子線圈(1，2，3)的尾端lb、2b和3b導通或者斷開。
[0031]當被加工工件表面的區域10和區域30內的溫度低于區域20內的溫度時，通過通斷開關選擇性地將子線圈1和子線圈3串接形成多匝線圈，并使該多匝線圈與交流電源S電連接，具體地，使通斷開關K3、K4和Κ7導通，其他通斷開關(Κ1、Κ2、Κ5?Κ6、Κ8?Κ9)均斷開，交流電源S向子線圈1和子線圈3串接形成的多匝線圈提供交變電流，使該多匝線圈產生一個獨立的交變磁場，可以實現采用感應加熱的方式對區域10和區域30進行加熱，以使區域10、區域30與區域20之間的溫差減小；
[0032]當被加工工件表面的區域20和區域30的溫度低于區域10的溫度時，通過通斷開關選擇性地將子線圈2和子線圈3串接形成多匝線圈，并使該多匝線圈與交流電源S電連接，具體地，使通斷開關Κ2、Κ5和Κ7導通，其他通斷開關(ΚΙ、Κ3?Κ4、Κ6、Κ8?Κ9)均斷開，交流電源S向子線圈1和子線圈3串接形成的多匝線圈的提供交變電流，使該多匝線圈產生一個獨立的交變磁場，可以實現采用感應加熱的方式對區域10和區域30進行加熱，以使區域20、區域30與區域10之間的溫差減小；
[0033]當被加工工件表面的區域20的溫度低于區域10和區域30的溫度時，通過通斷開關選擇性地將子線圈2與交流電源S電連接，具體地，使通斷開關K5和K8導通，其他通斷開關(K1?K4、K6?K7、K9)均斷開，交流電源S向子線圈2提供交變電流，使該子線圈2產生一個獨立的交變磁場，可以實現采用感應加熱的方式對區域20進行加熱，以使區域20與區域10、區域30之間的溫差減小。
[0034]在本實施例中，如圖5所示，為多個子線圈(1，2，3)之間的結構示意圖，其中，通斷開關ΚΙ、K2、K3包括反向并聯的晶閘管D1和D2，在實際應用中，通斷開關也可以采用其他功率開關管，例如，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
[0035]在本實施例中，加熱裝置還包括溫控單元，溫控單元包括檢測模塊和控制模塊。其中，檢測模塊用于分別檢測被加工工件的不同區域的溫度信號，并將溫度信號發送至控制模塊，其中，檢測模塊包括溫度傳感器，溫度傳感器可以采用接觸式溫度觸感器或非接觸式溫度觸感器，接觸式溫度傳感器包括熱電偶，非接觸溫度傳感器包括激光溫度傳感器、超聲波溫度傳感器；控制模塊用于基于溫度信號控制通斷開關選擇性地將多個子線圈(1，2，3)中的其中一個子線圈與交流電源S電連接，或者選擇性地將多個子線圈(1，2，3)中的其中至少兩個子線圈串聯形成多匝線圈，并將該多匝線圈與交流電源S電連接。
[0036]容易理解，本實施例提供的加熱裝置借助溫控單元、多個子線圈(1，2，3)、通斷開關和交流電源S可以實現對被加工工件進行分區控溫。例如，檢測模塊分別檢測被加工工件的不同區域的溫度信號，并將該溫度信號發送至控制模塊，控制模塊接受該溫度信號，并基于該溫度信號當判斷區域20的溫度低于區域10和30的溫度時，控制模塊控制通斷開關K5和K8導通，以及控制其他通斷開關(K1?K4，K6?K7，K9)斷開，使與區域20相對應的子線圈2與交流電源S導通，以對區域20進行加熱；當判斷區域10和區域30的溫度低于區域20的溫度時，控制模塊控制K3、K4和K7導通，以及控制其他通斷開關(ΚΙ、K2、K5?K6、K8?K9)斷開，使與區域10和區域30相對應的子線圈1和子線圈3串接形成的多匝線圈與交流電源S導通，以對區域10和區域30進行加熱。
[0037]需要說明的是，在本實施例中，多個子線圈(1，2，3)相互嵌套，且其分別與被加工工件的表面的區域(10，20，30)—一對應，但是，本發明并不局限于此，在實際應用中，并不限定多個子線圈的分布方式，只要滿足多個子線圈分別對應于被加工工件表面的不同區域設置即可。例如，如圖6和圖7所示，四個子線圈(1，2，3，4)沿被加工工件的周向間隔設置，且與被加工工件表面的四個區域(10，20，30，40)——對應。
[0038]還需要說明的是，在實際應用中，可以根據不同工藝過程中對被加工工件的溫度均勻性要求的不同，具體設置子線圈的數量。例如，當工藝過程中要求被加工工件的溫度均勻性較高時，可以增加子線圈的設置數量，這使得各個子線圈對應于被加工工件表面的區域減小，每個子線圈可以對與之對應的被加工工件表面的較小區域進行加熱，因而可以對被加工工件進行較小區域的分區溫控，從而可以提高被加工工件溫度的均勻性；相反地，當工藝過程中要求被加工工件的溫度均勻性較低時，可以減少子線圈的設置數量，這樣可以降低工藝成本，從而提高工藝效率。
[0039]綜上所示，本發明提供的加熱裝置，其對應于被加工工件表面的不同區域設置有多個相互獨立的子線圈，并且借助通斷開關選擇性地將多個子線圈(1，2，3)中的其中一個子線圈與交流電源S電連接，或者選擇性地將多個子線圈(1，2，3)中的其中至少兩個子線圈串接形成多匝線圈，并將該多匝線圈與交流電源S電連接，這使得該一個子線圈或多匝線圈僅產生一個獨立的交變磁場，可以避免現有技術中多個交變磁場相互耦合和干擾的問題，因而不會對被加工工件的分區控溫產生影響，從而可以采用感應加熱的方式對被加工工件均勻加熱，進而可以提高工藝的均勻性。
[0040]作為另一技術方案，本發明還提供一種反應腔室，在反應腔室內設置有承載被加工工件的承載裝置，并且，在承載裝置的下方設置有加熱裝置，其中，加熱裝置采用上述實施例提供的加熱裝置。
[0041]本實施例提供的加熱裝置，其采用上述實施例提供的加熱裝置，其可以采用感應加熱的方式對被加工工件均勻加熱，從而可以提高加熱效率和經濟效益。
[0042]作為另一技術方案，本發明還提供一種等離子體加工設備，其包括反應腔室，其中，反應腔室采用上述實施例提供的反應腔室。
[0043]在實際應用中，等離子體加工設備可以為化學氣相沉積(Chemical VaporDeposit1n,簡稱CVD)設備、金屬有機化合物化學氣相沉積技術(Metal Organic ChemicalVapor Deposit1n,簡稱M0CVD)設備和等離子體增強化學氣相沉積技術(Plasma chemicalvapor deposit1n,簡稱 PECVD)設備。
[0044]本實施例提供的等離子體加工設備，其采用上述實施例提供的反應腔室，可以采用感應加熱的方式對被加工工件均勻加熱，從而可以提高加熱效率和經濟效益。
[0045]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發明并不局限于此。對于本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的原理和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種加熱裝置，其特征在于，包括多個相互獨立的子線圈、通斷開關和交流電源，其中所述多個子線圈分別對應于被加工工件表面的不同區域設置； 所述通斷開關用于選擇性地將所述多個子線圈中的其中一個子線圈與所述交流電源電連接，或者選擇性地將所述多個子線圈中的其中至少兩個子線圈串聯形成多匝線圈，并將該多匝線圈與所述交流電源電連接； 所述交流電源用于向與其電連接的子線圈或多匝線圈提供交變電流，以使該子線圈或多匝線圈采用感應加熱的方式對與之相對應的所述被加工工件表面的區域進行加熱。
2.根據權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，每個所述子線圈為沿所述被加工工件表面的周向在水平或豎直方向上纏繞的至少一匝線圈，并且所述多個子線圈相互嵌套。
3.根據權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，每個所述通斷開關包括反向并聯的兩個晶閘管。
4.根據權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，還包括溫控單元，所述溫控單元包括檢測模塊和控制模塊，其中 所述檢測模塊用于分別檢測所述被加工工件的不同區域的溫度信號，并將所述溫度信號發送至所述控制模塊； 所述控制模塊用于基于所述溫度信號控制所述通斷開關選擇性地將所述多個子線圈中的其中一個子線圈與所述交流電源電連接，或者選擇性地將所述多個子線圈中的其中至少兩個子線圈串聯形成多匝線圈，并將該多匝線圈與所述交流電源電連接。
5.根據權利要求4所述的加熱裝置，其特征在于，所述檢測模塊包括溫度傳感器。
6.根據權利要求5所述的加熱裝置，其特征在于，所述溫度傳感器為接觸式溫度傳感器或非接觸式溫度傳感器。
7.根據權利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述交流電源的頻率范圍在I?10KHz。
8.一種反應腔室，在所述反應腔室內設置有承載被加工工件的承載裝置，并且，在所述承載裝置的下方設置有加熱裝置，其特征在于，所述加熱裝置采用權利要求1-7任意一項所述的加熱裝置。
9.一種等離子體加工設備，包括反應腔室，其特征在于，所述反應腔室采用權利要求8所述的反應腔室。
【文檔編號】C23C16/46GK104372309SQ201310348967
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月12日 優先權日:2013年8月12日
【發明者】張秀川, 蒲春 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司