加熱裝置及等離子體加工設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種加熱裝置及等離子體加工設(shè)備，其用于加熱承載有被加工工件的托盤，其包括支撐底座、支撐柱和加熱單元，其中，加熱單元設(shè)置在支撐底座的上方；支撐柱與支撐底座固定連接，并且支撐柱的頂端高于加熱單元的頂端，用以支撐所述托盤；加熱單元包括采用熱輻射的方式朝向托盤輻射熱量的發(fā)熱元件，發(fā)熱元件包括螺旋狀輻射體，螺旋狀輻射體圍繞托盤的中心線且沿所述托盤的徑向均勻纏繞，并且螺旋狀輻射體具有靠近托盤的中心線的第一接線端和靠近托盤的邊緣的第二接線端。本發(fā)明提供的加熱裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且可以提高加熱裝置的加熱均勻性，從而可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
【專利說明】加熱裝置及等離子體加工設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體設(shè)備制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種加熱裝置及等離子體加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體加工設(shè)備是加工半導體器件的常用設(shè)備，在進行諸如刻蝕、濺射、物理氣相沉積和化學氣相沉積等工藝過程中，常常需要借助加熱裝置對被加工工件進行加熱，例如在進行IT0(Indium TinOxide，摻錫氧化銦)薄膜沉積工藝時，需要借助加熱裝置對藍寶石基片加熱至300°C左右。
[0003]此外，現(xiàn)有的等離子體加工設(shè)備通常采用托盤搬運的方式實現(xiàn)同時搬運和加熱多個被加工工件，以提高生產(chǎn)效率，這就對加熱裝置的加熱均勻性提出了一定的要求，以保證能夠均勻地對置于托盤上的被加工工件進行加熱?，F(xiàn)階段，加熱裝置通常采用直線形燈管，該直線形燈管設(shè)置在托盤的下方，用以采用熱輻射的方式加熱托盤，從而間接加熱置于托盤上的被加工工件。
[0004]然而，上述直線形燈管在實際應用中不可避免地存在以下問題:由于單根直線形燈管因自身形狀的限制而無法均勻地分布在托盤的下方，因而托盤的靠近直線形燈管的區(qū)域所獲得的熱量比托盤的遠離直線形燈管的區(qū)域所獲得的熱量多，導致托盤的溫度不均勻，從而使置于托盤上的被加工工件的溫度不均勻，進而降低了產(chǎn)品質(zhì)量。雖然通過采用相對于托盤所在平面均勻分布的多根直線形燈管，也可以實現(xiàn)均勻地加熱托盤，但是，這又會出現(xiàn)以下問題，即:由于多根直線形燈管的接線端的數(shù)量較多，這增加了與該接線端連接的導電部件的數(shù)量，以及用于包覆導電部件以防止其真空打火的保護罩的結(jié)構(gòu)復雜性，從而提高了加熱裝置的加工難度和制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提出了一種加熱裝置及等離子體加工設(shè)備，其不僅加工難度和制造成本低，而且可以提高加熱裝置的加熱均勻性，從而可以提聞廣品質(zhì)量。
[0006]為實現(xiàn)本發(fā)明的目的而提供一種加熱裝置，用于加熱承載有被加工工件的托盤，其包括支撐底座、支撐柱和加熱單元，其中，所述加熱單元設(shè)置在所述支撐底座的上方；所述支撐柱與所述支撐底座固定連接，并且所述支撐柱的頂端高于所述加熱單元的頂端，用以支撐所述托盤；所述加熱單元包括采用熱輻射的方式朝向所述托盤輻射熱量的發(fā)熱元件，所述發(fā)熱元件包括螺旋狀輻射體，所述螺旋狀輻射體圍繞所述托盤的中心線且沿所述托盤的徑向均勻纏繞，并且所述螺旋狀輻射體具有靠近所述托盤的中心線的第一接線端和靠近所述托盤的邊緣的第二接線端。
[0007]其中，所述發(fā)熱元件為紅外輻射燈或電阻絲。
[0008]其中，所述發(fā)熱元件還包括第一接線、第二接線、第一接線保護罩和第二接線保護罩，其中，所述第一接線保護罩的頂端與所述第一接線端連接，所述第一接線保護罩的底端在所述支撐底座的邊緣位置處貫穿所述支撐底座的厚度，并延伸至所述支撐底座的下方；所述第一接線位于所述第一接線保護罩的內(nèi)部，且所述第一接線的一端與所述第一接線端連接；所述第二接線保護罩的頂端與所述第二接線端連接，所述第二接線保護罩的底端在所述支撐底座的邊緣位置處貫穿所述支撐底座的厚度，并延伸至所述支撐底座的下方；所述第二接線位于所述第二接線保護罩的內(nèi)部，且所述第二接線的一端與所述第二接線端連接；所述第一接線保護罩和第二接線保護罩采用陶瓷或石英制作。
[0009]其中，所述加熱單元還包括:導電部件、真空電極以及電源，其中，所述真空電極固定在所述支撐底座上，且所述真空電極的頂端高于所述支撐底座的上表面，所述真空電極的底端低于所述支撐底座的下表面；所述第一接線的另一端和第二接線的另一端分別穿過所述第一接線保護罩和第二接線保護罩，且借助所述導電部件與所述真空電極的頂端電連接；所述電源與所述真空電極的底端電連接，其用于向所述發(fā)熱元件提供電能。
[0010]其中，所述加熱單元還包括導電部件保護罩，所述導電部件保護罩將所述導電部件包覆起來；所述導電部件保護罩采用陶瓷或石英制作。
[0011]其中，所述導電部件保護罩為由陶瓷微珠形成的包覆在所述導電部件外部的絕緣層。
[0012]其中，所述加熱單元還包括電極保護罩，所述電極保護罩將所述真空電極的頂端包覆起來；所述電極保護罩采用陶瓷或石英制作。
[0013]其中，所述加熱裝置還包括支撐部件，所述支撐部件用于支撐所述螺旋狀輻射體，以將其固定在所述支撐底座的上方。
[0014]其中，在所述支撐底座的下方設(shè)置有升降裝置，所述升降裝置包括基座、升降驅(qū)動機構(gòu)、密封件以及冷卻水管路，其中，所述基座與所述支撐底座連接，所述升降驅(qū)動機構(gòu)與所述基座連接，在所述升降驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下，所述基座帶動所述支撐底座上升或下降；所述密封件設(shè)置于所述基座與支撐底座之間，用以將所述基座與支撐底座之間的縫隙密封；在所述基座的上表面且緊靠所述密封件的內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置有凹槽，或者，在所述支撐底座的下表面且緊靠所述密封件的內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置有凹槽，所述冷卻水管路設(shè)置于所述凹槽內(nèi)部，在所述冷卻水管路內(nèi)通入冷卻水以冷卻所述密封件。
[0015]作為另一個技術(shù)方案，本發(fā)明還提供一種等離子體加工設(shè)備，其包括反應腔室，在所述反應腔室內(nèi)的底部設(shè)置有加熱裝置，所述加熱裝置采用了本發(fā)明提供的上述加熱裝置。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明提供的加熱裝置，其發(fā)熱元件采用了圍繞托盤的中心線且沿托盤的徑向均勻纏繞的螺旋狀輻射體，這與現(xiàn)有技術(shù)中的直線形燈管相比，由于單根螺旋狀輻射體即可實現(xiàn)相對于托盤所在平面均勻分布，因而其不僅能夠均勻地朝向托盤的各個區(qū)域輻射熱量，以使托盤各個區(qū)域的溫度趨于均勻，進而能夠提高置于托盤上的被加工工件的溫度均勻性，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量；而且，由于上述螺旋狀輻射體僅具有兩個接線端，即:靠近托盤的中心線的第一接線端和靠近托盤的邊緣的第二接線端，接線端的數(shù)量較少，從而可以減少與接線端連接的導電部件的數(shù)量，以及降低用于包覆該導電部件以防止其真空打火的保護罩的結(jié)構(gòu)復雜性，進而可以降低加熱裝置的加工難度和制造成本。[0018]本發(fā)明提供的等離子體加工設(shè)備，其通過采用上述加熱裝置，不僅可以使托盤各個區(qū)域的溫度趨于均勻，從而可以提高置于托盤上的被加工工件的溫度均勻性，進而能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量；而且，還可以降低設(shè)備的加工難度和制造成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明提供的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1中沿A-A線的俯視圖；以及
[0021]圖3為圖1中發(fā)熱元件的立體圖。
【具體實施方式】
[0022]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明提供的加熱裝置及等離子體加工設(shè)備進行詳細描述。
[0023]圖1為本發(fā)明提供的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中沿A-A線的俯視圖。圖3為圖1中發(fā)熱元件的立體圖。請一并參閱圖1、圖2和圖3，加熱裝置用于加熱承載有被加工工件的托盤23，其包括支撐底座20、支撐柱22和加熱單元，其中，加熱單元設(shè)置在支撐底座20的上方；支撐柱22與支撐底座20固定連接，并且支撐柱22的頂端高于加熱單元的頂端，用以支撐托盤23。在實際應用中，支撐柱22的數(shù)量可以為三個以上，且沿支撐底座20的周向均勻分布，并且支撐柱22固定在支撐底座20上且緊靠支撐底座20的邊緣設(shè)置。
[0024]加熱單元包括發(fā)熱元件，其可以為諸如紅外輻射燈或電阻絲等的可以采用熱輻射的方式朝向位于其上方的托盤23輻射熱量的熱源，從而間接加熱置于托盤23上的被加工工件。發(fā)熱元件包括螺旋狀輻射體21，螺旋狀輻射體21圍繞托盤23的中心線且沿托盤23的徑向均勻纏繞，即，在托盤23所在的平面上，螺旋狀輻射體21的投影形狀為相對于托盤23所在平面均勻分布的螺旋線形，并且螺旋狀輻射體具有靠近托盤23的中心線的第一接線端211和靠近托盤23的邊緣的第二接線端212。換句話說，螺旋狀輻射體21可以由一根紅外輻射燈管或電阻絲以靠近托盤23的中心線的位置作為起點，圍繞托盤23的中心線且沿托盤23的徑向均勻纏繞，直至纏繞至靠近托盤23的邊緣的終點位置，上述紅外輻射燈管或電阻絲的分別位于起點和終點位置的兩端，即為第一接線端211和第二接線端212。由此可知，螺旋狀輻射體21與現(xiàn)有技術(shù)中的直線形燈管相比，其不僅能夠相對于托盤23所在平面均勻分布，從而能夠均勻地朝向托盤23的各個區(qū)域輻射的熱量，以使托盤23各個區(qū)域的溫度趨于均勻，進而能夠提高置于托盤23上的被加工工件的溫度均勻性，提高產(chǎn)品質(zhì)量。而且，由于螺旋狀輻射體21僅具有兩個接線端，即:第一接線端211和第二接線端212，接線端的數(shù)量較少，從而可以減少與接線端連接的導電部件的數(shù)量，以及降低用于包覆該導電部件以防止其真空打火的保護罩的結(jié)構(gòu)復雜性，進而可以降低加熱裝置的加工難度和制造成本。
[0025]在本實施例中，發(fā)熱元件還包括第一接線、第二接線以及采用陶瓷或石英制作的第一接線保護罩213和第二接線保護罩214。其中，第一接線保護罩213的頂端與第一接線端211連接，第一接線保護罩213的底端在支撐底座20的邊緣位置處貫穿支撐底座20的厚度，并延伸至支撐底座20的下方；第一接線(圖中未示出)位于第一接線保護罩213的內(nèi)部，并且第一接線的一端與第一接線端211電連接；第二接線保護罩214的頂端與第二接線端212連接，第二接線保護罩214的底端在支撐底座20的邊緣位置處貫穿支撐底座20的厚度，并延伸至支撐底座20的下方；第二接線(圖中未示出)位于第二接線保護罩214的內(nèi)部，并且第二接線的一端與第二接線端212電連接。借助于第一接線保護罩213和第二接線保護罩214，不僅可以使第一接線和第二接線與外界絕緣，從而防止真空打火，而且還可以將第一接線和第二接線與導電部件連接的位置延伸至支撐底座20的下方，即，延伸至遠離螺旋狀輻射體21的位置，從而避免第一接線、第二接線以及二者與導電部件連接的連接處過熱。
[0026]在本實施例中，加熱單元還包括導電部件(圖中未示出)、真空電極24以及電源(圖中未示出)，其中，真空電極24固定在支撐底座20上，且真空電極24的頂端241高于支撐底座20的上表面，真空電極24的底端242低于支撐底座20的下表面；第一接線的另一端和第二接線的另一端分別穿過第一接線保護罩213和第二接線保護罩214，且借助導電部件與真空電極24的頂端241電連接；電源與真空電極24的底端242電連接，其用于向發(fā)熱元件提供電能。
[0027]在本實施例中，加熱單元還包括導電部件保護罩(圖中未示出)，導電部件保護罩采用陶瓷或石英制作，其將導電部件包覆起來，以保證導電部件能夠與外界電絕緣，從而防止導電部件真空打火。優(yōu)選地，導電部件保護罩可以為由陶瓷微珠形成的包覆在導電部件外部的絕緣層，所謂陶瓷微珠是指塊狀、片狀、粉末狀或管狀等形狀的陶瓷材料。
[0028]在本實施例中，加熱單元還包括電極保護罩25，電極保護罩25用于將真空電極24的頂端241包覆起來，并且電極保護罩25采用陶瓷或石英制作，用以使真空電極24的頂端241能夠與外界電絕緣，從而防止真空電極24真空打火。
[0029]在本實施例中，加熱裝置還包括支撐部件26，支撐部件26用于支撐螺旋狀輻射體21，以將其固定在支撐底座20的上方。
[0030]在本實施例中，在支撐底座20的下方還設(shè)置有升降裝置，升降裝置包括基座30、升降驅(qū)動機構(gòu)31、密封件32以及冷卻水管路33，其中，基座30位于支撐底座20的底部，且與支撐底座20連接；升降驅(qū)動機構(gòu)31與基座30連接，在升降驅(qū)動機構(gòu)31的驅(qū)動下，基座30帶動支撐底座20上升或下降。在裝載被加工工件的過程中，傳輸托盤23的機械手將托盤23傳輸至支撐底座20的上方；升降驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動支撐底座20上升，以使其帶動支撐柱22同步上升，直至支撐柱22將托盤23頂起；機械手自支撐底座20的上方移開，即完成被加工工件的裝載。
[0031]密封件32設(shè)置于基座30與支撐底座20之間，用以將基座30與支撐底座20之間的縫隙密封。而且，在基座30的上表面且緊靠密封件32的內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置有凹槽，或者，在支撐底座20的下表面且緊靠密封件32的內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置有凹槽，冷卻水管路33設(shè)置于該凹槽的內(nèi)部，在冷卻水管路33內(nèi)通入冷卻水以冷卻密封件32。
[0032]綜上所述，本發(fā)明提供的加熱裝置，其發(fā)熱元件采用了圍繞托盤的中心線且沿托盤的徑向均勻纏繞的螺旋狀輻射體，這與現(xiàn)有技術(shù)中的直線形燈管相比，由于單根螺旋狀輻射體即可實現(xiàn)相對于托盤所在平面均勻分布，因而其不僅能夠均勻地朝向托盤的各個區(qū)域輻射熱量，以使托盤各個區(qū)域的溫度趨于均勻，進而能夠提高置于托盤上的被加工工件的溫度均勻性，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量；而且，由于上述螺旋狀輻射體僅具有兩個接線端，即:靠近托盤的中心線的第一接線端和靠近托盤的邊緣的第二接線端，接線端的數(shù)量較少，從而可以減少與接線端連接的導電部件的數(shù)量，以及降低用于包覆該導電部件以防止其真空打火的保護罩的結(jié)構(gòu)復雜性，進而可以降低加熱裝置的加工難度和制造成本。
[0033]本發(fā)明還提供一種等離子體加工設(shè)備，其包括反應腔室，并且在反應腔室內(nèi)的底部設(shè)置有加熱裝置，該加熱裝置采用本實施例提供的上述加熱裝置。
[0034]本實施例提供的上述等離子體加工設(shè)備，其通過采用本實施例提供的上述加熱裝置，不僅可以對托盤的各個區(qū)域進行均勻加熱，從而能夠提高置于托盤上的被加工工件的溫度均勻性，進而能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量；而且，還可以降低設(shè)備的加工難度和制造成本。
[0035]可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)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(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種加熱裝置，用于加熱承載有被加工工件的托盤，其包括支撐底座、支撐柱和加熱單元，其中，所述加熱單元設(shè)置在所述支撐底座的上方；所述支撐柱與所述支撐底座固定連接，并且所述支撐柱的頂端高于所述加熱單元的頂端，用以支撐所述托盤；所述加熱單元包括采用熱輻射的方式朝向所述托盤輻射熱量的發(fā)熱元件，其特征在于，所述發(fā)熱元件包括螺旋狀輻射體，所述螺旋狀輻射體圍繞所述托盤的中心線且沿所述托盤的徑向均勻纏繞，并且 所述螺旋狀輻射體具有靠近所述托盤的中心線的第一接線端和靠近所述托盤的邊緣的第二接線端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述發(fā)熱元件為紅外輻射燈或電阻絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述發(fā)熱元件還包括第一接線、第二接線、第一接線保護罩和第二接線保護罩，其中 所述第一接線保護罩的頂端與所述第一接線端連接，所述第一接線保護罩的底端在所述支撐底座的邊緣位置處貫穿所述支撐底座的厚度，并延伸至所述支撐底座的下方； 所述第一接線位于所述第一接線保護罩的內(nèi)部，且所述第一接線的一端與所述第一接線端連接； 所述第二接線保護罩的頂端與所述第二接線端連接，所述第二接線保護罩的底端在所述支撐底座的邊緣位置處貫穿所述支撐底座的厚度，并延伸至所述支撐底座的下方； 所述第二接線位于所述第二接線保護罩的內(nèi)部，且所述第二接線的一端與所述第二接線端連接； 所述第一接線保護罩和第二接線保護罩采用陶瓷或石英制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的加熱裝置，其特征在于，所述加熱單元還包括:導電部件、真空電極以及電源，其中 所述真空電極固定在所述支撐底座上，且所述真空電極的頂端高于所述支撐底座的上表面，所述真空電極的底端低于所述支撐底座的下表面； 所述第一接線的另一端和第二接線的另一端分別穿過所述第一接線保護罩和第二接線保護罩，且借助所述導電部件與所述真空電極的頂端電連接； 所述電源與所述真空電極的底端電連接，其用于向所述發(fā)熱元件提供電能。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱裝置，其特征在于，所述加熱單元還包括導電部件保護罩，所述導電部件保護罩將所述導電部件包覆起來； 所述導電部件保護罩采用陶瓷或石英制作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加熱裝置，其特征在于，所述導電部件保護罩為由陶瓷微珠形成的包覆在所述導電部件外部的絕緣層。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加熱裝置，其特征在于，所述加熱單元還包括電極保護罩，所述電極保護罩將所述真空電極的頂端包覆起來； 所述電極保護罩采用陶瓷或石英制作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，所述加熱裝置還包括支撐部件，所述支撐部件用于支撐所述螺旋狀輻射體，以將其固定在所述支撐底座的上方。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱裝置，其特征在于，在所述支撐底座的下方設(shè)置有升降裝置，所述升降裝置包括基座、升降驅(qū)動機構(gòu)、密封件以及冷卻水管路，其中 所述基座與所述支撐底座連接，所述升降驅(qū)動機構(gòu)與所述基座連接，在所述升降驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下，所述基座帶動所述支撐底座上升或下降； 所述密封件設(shè)置于所述基座與支撐底座之間，用以將所述基座與支撐底座之間的縫隙密封； 在所述基座的上表面且緊靠所述密封件的內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置有凹槽，或者，在所述支撐底座的下表面且緊靠所述密封件的內(nèi)側(cè)或外側(cè)設(shè)置有凹槽，所述冷卻水管路設(shè)置于所述凹槽內(nèi)部，在所述冷卻水管路內(nèi)通入冷卻水以冷卻所述密封件。
10.一種等離子體加工設(shè)備，其包括反應腔室，在所述反應腔室內(nèi)的底部設(shè)置有加熱裝置，其特征在于，所述加熱 裝置采用權(quán)利要求1-9任意一項權(quán)利要求所述加熱裝置。
【文檔編號】H01J37/32GK103811246SQ201210457542
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月14日
【發(fā)明者】張陽, 趙夢欣 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責任公司