一種加熱裝置、加熱方法及半導體加工設備的製作方法
2023-10-22 07:04:32 1
專利名稱：一種加熱裝置、加熱方法及半導體加工設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於等離子體加工設備領域，涉及一種加熱裝置、加熱方法及半導體加工設備。
背景技術：
MOCVD (金屬有機化合物化學氣相沉積)技術是利用金屬有機化合物進行金屬輸運的一種化合物半導體氣相外延技術，其可以在納米尺度上精確控制外延層的厚度和組分，而且適於批量生產，因此成為當前光電器件的主要生產手段。在利用MOCVD設備加工光電器件等被加工工件時，放置在反應腔室內不同區域的被加工工件的溫度均勻性對於MOCVD設備的加工質量具有及其重要的影響。傳統的加熱被加工工件的方式有兩種:第一，分區加熱方式。採用噴淋頭結構反應腔，並將設置在反應腔室內不同區域的電阻絲或電阻片進行分區，控制反應腔室內不同區域的電阻絲或電阻片的加熱功率，以使被加工工件均勻受熱。
第二，感應加熱方式。採用行星式結構反應腔，在反應腔室的外側設有感應線圈，在反應腔室內設有由石墨加工而成的大託盤和小託盤，而且在大託盤轉動的同時，小託盤可相對於大託盤自轉，基片等被加工工件放置在小託盤上，通過大託盤的公轉和小託盤的自轉可以使放置在小託盤上的被加工工件均勻受熱。雖然上述兩種加熱方式能夠滿足設有單託盤的MOCVD設備的加工要求，然而單託盤的MOCVD設備的產能較低，制約了 MOCVD設備的加工潛能。為此，相關技術人員開發了立式結構的多託盤MOCVD設備。圖1為立式結構的多託盤MOCVD設備的部分結構圖。請參閱圖1，M0CVD設備包括反應腔室1，在反應腔室I的內部設有多個用於承載被加工工件的託盤2，多個託盤2在豎直方向排列設置，託盤2是利用石墨製成。在反應腔室I的外側設有感應線圈3，感應線圈3與中頻交流電源連接。感應線圈3產生的交變磁場可使託盤2內部產生渦電流，渦電流使託盤2發熱，從而間接地加熱放置在託盤2表面的被加工工件。在實際應用過程中，由於感應線圈3自身的特性，即感應線圈3中部的磁力線分布密集且均勻，而感應線圈3兩端的磁力線分布稀疏且不均勻，導致位於反應腔室I兩端(靠近感應線圈3的端部)的被加工工件的溫度偏低，而且溫度的均勻性較差。為了避免因溫度不均而對工藝質量的影響，在反應腔室I的兩端設置陪片區4，即在靠近反應腔室I兩端的託盤2上不放置被加工工件，這必然浪費了反應腔室I的空間，不僅浪費能源，而且降低了生產效率。
發明內容
為至少解決上述問題之一，本發明提供一種加熱裝置、加熱方法及半導體加工設備，其可以使感應線圈的端部和中部的磁場均勻分布，從而使位於感應線圈端部和中部的被加工工件能夠均勻受熱，進而提高半導體加工設備的加工效率。解決上述技術問題的所採用的技術方案是提供一種加熱裝置，包括感應線圈和與所述感應線圈連接的功率源，所述感應線圈包括三個以上縱向同軸且間隔放置的子線圈，在所述感應線圈與所述功率源之間設有用於調節所述子線圈輸出功率的功率調節器，以調節所述感應線圈的端部和中部的電流。其中，所述功率調節器包括功率調節網絡、驅動裝置以及控制器，其中，所述控制器用於提供所述子線圈的功率調節量；所述驅動裝置根據所述功率調節量提供相應的驅動力；所述功率調節網絡對所述子線圈的功率進行調節。其中，所述功率調節網絡包括兩個輸出端，其中一個輸出端與位於所述感應線圈中部的所述子線圈連接，另一個輸出端與位於所述感應線圈端部的所述子線圈連接。其中，所述功率調節網絡包括與所述子線圈數量對應的輸出端，每個所述輸出端分別與一所述子線圈連接，所述功率調節網絡對所述子線圈進行單獨控制。其中，所述功率調節網絡由可變電容或可變電感組成。本發明還提供一種加熱方法，包括以下步驟:將三個以上子線圈縱向同軸且間隔放置在一起，從而獲得感應線圈；調節所述子線圈的輸出功率，以調節所述感應線圈的端部和中部的電流。其中，調節所述子線圈的輸出功率的步驟包括:獲取感應線圈中所述子線圈的功率調節量；將所述子線圈的功率調節量傳輸至驅動裝置；所述驅動裝置根據所述子線圈的功率調節量調節所述子線圈的輸出功率。其中，所述子線圈的功率調節量通過以下方式獲得:獲得所述子線圈對應位置處的當前溫度；根據所述當前溫度獲得該子線圈的功率調節量。
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其中，通過可變電容或可變電感實現對所述子線圈的功率調節。本發明還提供一種半導體加工設備，包括反應腔室，在所述反應腔室內設有用於承載被加工工件的託盤，在反應腔室的外側設有加熱裝置，所述加熱裝置採用本發明提供的所述的加熱裝置。其中，半導體加工設備包括溫度傳感器和監測裝置，所述溫度傳感器用於監測被加工工件的溫度；所述監測裝置的輸入端與所述溫度傳感器連接，所述監測裝置的輸出端與所述控制器連接，所述監測裝置用於根據所述溫度傳感器的監測值向所述控制器發出功率調節指令，所述控制器根據所述功率調節指令獲得所述子線圈的功率調節量。本發明具有以下有益效果:本發明提供的加熱裝置是由三個以上縱向同軸且間隔放置的子線圈組成，通過調節子線圈的輸出功率可以使感應線圈的端部和中部的磁力線均勻分布，從而可以使位於感應線圈端部和中部的被加工工件能夠均勻受熱，進而降低加熱裝置的能耗，提高加熱裝置的加熱效率。本發明提供的加熱方法是將三個以上子線圈縱向同軸且間隔設置形成感應線圈，然後通過調節子線圈的輸出功率可以使感應線圈的端部和中部的磁力線均勻分布，從而可以使位於感應線圈端部和中部的被加工工件能夠均勻受熱，進而降低加熱裝置的能耗，提高加熱裝置的加工效率。類似地，本發明提供的半導體加工設備中，用於加熱被加工工件的加熱裝置是由三個以上縱向同軸且間隔設置的子線圈組成，調節子線圈的輸出功率可以使感應線圈的端部和中部的磁力線均勻分布，從而使位於感應線圈端部和中部的被加工工件均勻受熱，這不僅可以降低加熱裝置的能耗，提高其加工效率，而且可以充分利用反應腔室的空間，提高半導體加工設備的加工效率。
圖1為立式結構的多託盤MOCVD設備的部分結構圖；圖2為本實施例加熱裝置的感應線圈及磁力線分布圖；圖3為本實施例加熱裝置的結構框圖；圖4為本實施例另一種加熱裝置的結構框圖；圖5為本實施例加熱方法的流程圖；圖6為獲得子線圈的功率調節量的流程圖；圖7為本實施例半導體加工設備的結構簡圖。
具體實施例方式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、加熱方法及半導體加工設備進行詳細描述。圖2為本實施例加熱裝置的感應線圈及磁力線分布圖。圖3為加熱裝置的結構框圖。請一併參閱圖2和圖3，本實施例提供的加熱裝置包括感應線圈3和與感應線圈3連接的功率源5，感應線圈3包括三個縱向同軸且間隔放置的子線圈31。在感應線圈3與功率源5之間設有用於調節子線圈31輸出功率的功率調節器6，藉助功率調節器6調節感應線圈3的端部和中部的電流,從而使感應線圈的磁力線均勻分布。功率調節器6包括功率調節網絡61、驅動裝置62以及控制器63，其中，控制器63用於提供子線圈3的功率調節量；驅動裝置62與控制器63連接，其用於提供調節子線圈3功率的驅動力；功率調節網絡61與驅動裝置62連接，其對子線圈的功率進行調節。本實施例中，功率調節網絡61設有兩個輸出端，其中，第一輸出端61a與位於感應線圈3兩端的第一子線圈31a和第三子線圈31c連接,第二輸出端61b與位於感應線圈中部的第二子線圈31b連接。這樣，功率調節網絡61可以分別對第二子線圈31b和第一子線圈31a/第三子線圈31c進行調節，即分別對位於感應線圈3的兩端和中部的子線圈31的輸入電流進行調節，以使感應線圈3的端部和中部的磁感應強度均勻分布。如圖2所示，在感應線圈3的內部沿其軸線方向上，感應線圈3的端部和中部的磁力線分布均勻。需要說明的是，本實施例功率調節網絡61設有兩個輸出端，但本發明並不局限於此。功率調節網絡61也可以設置與子線圈31數量相同的輸出端，每一輸出端分別與一子線圈31連接，相應地，功率調節網絡61對子線圈31分別進行調節，如圖4所示。本實施例中，功率調節網絡61可以是可變電容或可變電感等可以用於調節子線圈輸出功率的器件。驅動裝置62可以是馬達等動力源。需要說明的是，本實施例中，雖然感應線圈3設有三個子線圈31，但本發明並不局限於此，感應線圈3可以設有三個以上任 意數量的子線圈31，如四個、五個。由於感應線圈的磁場在其軸向方向具有對稱性，因此，感應線圈3優選設置奇數個子線圈。這樣可以對位置對稱的子線圈同時進行調節，可以減少功率調節網絡的輸出端，從而減少連接功率調節網絡和子線圈的連線，進而簡化加熱裝置的結構，降低成本。本實施例提供的加熱裝置是由三個以上縱向同軸且間隔設置的子線圈組成，通過調節子線圈的輸出功率可以使感應線圈的端部和中部的磁力線均勻分布，從而使位於感應線圈端部和中部的被加工工件能夠均勻受熱，進而可以降低加熱裝置的能耗，提高加熱裝
置的效率。本實施例還提供一種加熱方法，圖5為本實施例加熱方法的流程圖。請參閱圖5，加熱方法包括以下步驟:步驟slO，將三個以上子線圈縱向同軸且間隔設置，從而獲得感應線圈。將三個以上子線圈縱向同軸且間隔設置，並使其中心線在同一直線上，從而獲得感應線圈3。當然，本實施例感應線圈3可以設有三個以上任意數量的子線圈31，如四個、五個。步驟s20，調節子線圈的輸出功率，以調節所述感應線圈的端部和中部的電流。在步驟s20中，首先要獲得子線圈的功率調節量，然後根據需要調節子線圈的功率。圖6為獲得子線圈的功率調節量的流程圖。請參閱圖6，子線圈的功率調節量是根據以下步驟獲得:步驟s21，獲得子線圈的功率調節量。在步驟s21中 ，首先通過測量放置在感應線圈不同位置的被加工工件的溫度，這裡感應線圈不同位置主要是指感應線圈軸向方向上的不同位置。然後再根據當前溫度獲得子線圈的功率調節量。步驟s22，將所述子線圈的功率調節量傳輸至驅動裝置。在步驟s 22中，將由步驟s21獲得的子線圈的功率調節量傳輸至驅動裝置，由驅動裝置提供調節子線圈功率的動力。驅動裝置可以是是馬達等動力源。步驟s23，所述驅動裝置根據所述子線圈的功率調節量調節所述子線圈的輸出功率。在步驟s23中，子線圈的功率是通過可變電容或可變電感來調節，驅動裝置為調節可變電容或可變電感提供動力，並根據子線圈的功率調節量來調節可變電容或可變電感，以調節子線圈輸出功率，從而達到調節所述感應線圈的端部和中部的電流的目的。本實施例提供的加熱方法是將三個以上子線圈縱向同軸且間隔設置形成感應線圈，然後通過調節子線圈的輸出功率可以使感應線圈的端部和中部的磁力線均勻分布，從而可以使位於感應線圈端部和中部的被加工工件能夠均勻受熱，進而降低加熱裝置的能耗，提高加熱裝置的加工效率。本實施例還提供一種半導體加工設備。圖7為本實施例半導體加工設備的結構簡圖。請參閱圖7，半導體加工設備包括反應腔室1，在反應腔室I的外部設有加熱裝置，該加熱裝置採用本實施例提供的加熱裝置。而且感應線圈3沿反應腔室I的軸向排列設置。在反應腔室I的內部設有多個用於承載被加工工件的託盤2，多個託盤2沿反應腔室I的軸向方向排列設置。通過調節子線圈的輸出功率，可以使感應線圈3端部和中部的磁感應強度分布均勻，從而使位於感應線圈3端部和中部的被加工工件的溫度均勻。因此在反應腔室內無需再設置陪片區，從而充分利用反應腔室的空間，進而可以提高半導體加工設備的加工效率。而且，由於位於感應線圈端部的子線圈的輸出功率可以調節，還可以進一步降低加熱裝置的能耗，提高加熱裝置的效率。本實施例中，半導體加工設備還包括監測裝置7和溫度傳感器8，其中，溫度傳感器8可以設置多個，分別放置在反應腔室I的不同區域，以監測反應腔室I內不同區域的溫度，即監測感應線圈3內與不同子線圈31對應區域的溫度。監測裝置7的輸入端與溫度傳感器8連接，監測裝置7的輸出端與控制器63連接。監測裝置7依據溫度傳感器8監測到的溫度值向控制器63發出溫度調節指令。控制器63根據監測裝置7的溫度調節指令確定對應子線圈31的功率調節量。可以理解，本實施例是通過溫度傳感器8獲得的反應腔室I內不同區域的溫度，從而間接地獲得子線圈31的功率調節量，但本發明並不局限於此。本發明也可以通過磁感應強度測量儀直接測量反應腔室I內不同區域的磁感應強度，即獲得感應線圈3內不同位置處的磁感應強度，並根據磁感應強度值直接獲得子線圈31的功率調節量。本實施例提供的半導體加工設備中，用於加熱被加工工件的加熱裝置是由三個以上縱向同軸且間隔設置的子線圈組成，調節子線圈的輸出功率可以使感應線圈的端部和中部的磁力線均勻分布，從而使位於感應線圈端部和中部的被加工工件均勻受熱，這不僅可以降低加熱裝置的能耗，提高其加工效率，而且可以充分利用反應腔室的空間，提高生產效率。
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採用的示例性實施方式，然而本發明並不局限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，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範圍。
權利要求
1.一種加熱裝置，包括感應線圈和與所述感應線圈連接的功率源，其特徵在於，所述感應線圈包括三個以上縱向同軸且間隔放置的子線圈，在所述感應線圈與所述功率源之間設有用於調節所述子線圈輸出功率的功率調節器，以調節所述感應線圈的端部和中部的電流。
2.根據權利要求1所述加熱裝置，其特徵在於，所述功率調節器包括功率調節網絡、驅動裝置以及控制器，其中，所述控制器用於提供所述子線圈的功率調節量；所述驅動裝置根據所述功率調節量提供相應的驅動力；所述功率調節網絡對所述子線圈的功率進行調節。
3.根據權利要求2所述加熱裝置，其特徵在於，所述功率調節網絡包括兩個輸出端，其中一個輸出端與位於所述感應線圈中部的所述子線圈連接，另一個輸出端與位於所述感應線圈端部的所述子線圈連接。
4.根據權利要求2所述加熱裝置，其特徵在於，所述功率調節網絡包括與所述子線圈數量對應的輸出端，每個所述輸出端分別與一所述子線圈連接，所述功率調節網絡對所述子線圈進行單獨控制。
5.根據權利要求2-4任意一項所述加熱裝置，其特徵在於，所述功率調節網絡由可變電容或可變電感組成。
6.一種加熱方法，其特徵在於，包括以下步驟: 將三個以上子線圈縱向同軸且間隔放置在一起，從而獲得感應線圈； 調節所述子線圈的輸出功率，以調節所述感應線圈的端部和中部的電流。
7.根據權利要求6所述加熱方法，其特徵在於，調節所述子線圈的輸出功率的步驟包括: 獲取感應線圈中所述子線圈的功率調節量； 將所述子線圈的功率調節量傳輸至驅動裝置； 所述驅動裝置根據所述子線圈的功率調節量調節所述子線圈的輸出功率。
8.根據權利要求7所述加熱方法，其特徵在於，所述子線圈的功率調節量通過以下方式獲得: 獲得所述子線圈對應位置處的當前溫度； 根據所述當前溫度獲得該子線圈的功率調節量。
9.根據權利要求6-8任意一項所述加熱方法，其特徵在於，通過可變電容或可變電感實現對所述子線圈的功率調節。
10.一種半導體加工設備，包括反應腔室，在所述反應腔室內設有用於承載被加工工件的託盤，在反應腔室的外側設有加熱裝置，其特徵在於，所述加熱裝置採用權利要求1-5任意一項所述的加熱裝置。
11.根據權利要求10所述的半導體加工設備，其特徵在於，包括溫度傳感器和監測裝置，所述溫度傳感器用於監測被加工工件的溫度；所述監測裝置的輸入端與所述溫度傳感器連接，所述監測裝置的輸出端與所述控制器連接，所述監測裝置用於根據所述溫度傳感器的監測值向所述控制器發出功率調節指令，所述控制器根據所述功率調節指令獲得所述子線圈的功率調節量。
全文摘要
本發明提供一種加熱裝置、加熱方法及半導體加工設備，所述加熱裝置包括感應線圈和功率源，所述感應線圈與所述功率源連接，所述感應線圈包括三個以上縱向同軸且間隔設置的子線圈，在所述感應線圈與所述功率源之間設有用於調節所述子線圈輸出功率的功率調節器，以調節所述感應線圈的端部和中部的電流。該加熱裝置可以使感應線圈的端部和中部的磁力線均勻分布，從而使位於感應線圈端部和中部的被加工工件均勻受熱，這不僅可以降低加熱裝置的能耗，提高其加工效率，而且可以充分利用反應腔室的空間，提高半導體加工設備的加工效率。
文檔編號C23C16/46GK103184435SQ20111044861
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月27日 優先權日2011年12月27日
發明者武曄, 韋剛 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