CN102839362A - 一种基片处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基片处理设备，其包括基片处理腔室和设置于基片处理腔室内的多层托盘，在基片处理腔室的外部设置有用于对多层托盘进行感应加热的感应加热线圈，其中，感应加热线圈包括主加热绕组和连接在主加热绕组两端的辅助加热绕组，主加热绕组的直径大于辅助加热绕组的直径。本发明提供的基片处理设备能够对基片处理腔室中的多层托盘进行感应加热并使多层托盘获得较为均匀和稳定的温度分布，从而有利于提高基片处理工艺的均匀性。

Description

一种基片处理设备
技术领域
本发明涉及微电子加工技术领域，具体地，涉及一种基片处理设备。
背景技术
在微电子产品生产过程中，需要在基片表面制备多种不同成分的膜层，因而需要采用多种制膜工艺。其中，MOCVD(Metal-organicChemical Vapor Deposition)是一种利用金属有机化合物进行金属输运的化合物半导体气相外延新技术。该技术可以在纳米尺度上精确控制外延层的厚度和组分，且适于批量生产，因而已成为目前光电器件生产的主要手段。
在MOCVD工艺过程中，对于基片处理腔室内的温度分布控制，特别是对石墨托盘上承载基片的区域的温度均匀性控制，是一项关系到工艺质量的重要技术指标。为此，技术人员设计出一种螺线管状的感应加热线圈，用于对具有多层托盘结构的基片处理腔室的内部组件进行感应加热。
然而，由于感应加热存在集肤效应的特性：即靠近线圈的石墨托盘的外圆周部分的感应电流密度大，发热量大，加热温度高；而远离线圈的托盘中心区域的感应电流密度小，发热量小，加热温度低。因此，上述感应加热线圈无法有效提高基片的温度分布均匀性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基片处理设备，其能够有效提高对基片加热的均匀性。
为此，本发明提供一种基片处理设备，包括基片处理腔室和设置于基片处理腔室内的多层托盘，在基片处理腔室的外部设置有用于对多层托盘进行感应加热的感应加热线圈，其中，感应加热线圈包括主加热绕组和连接在主加热绕组两端的辅助加热绕组，主加热绕组的直径大于辅助加热绕组的直径。
其中，主加热绕组中的所有匝的直径均相等。
其中，主加热绕组中的各匝的直径为：越靠近主加热绕组中间位置的直径越大。
其中，辅助加热绕组中的所有匝的直径均相等。
其中，辅助加热绕组中的各匝的直径为：越靠近主加热绕组的直径越大。
其中，感应加热线圈采用方形或圆形的导体金属管绕制而成。
优选地，感应加热线圈采用方形或圆形的紫铜管绕制而成。
其中，主加热绕组对应于多层托盘的中间部分的托盘进行感应加热；辅助加热绕组对应于多层托盘的两端部分的托盘进行感应加热。
其中，多层托盘中的每一层均包括由石墨材料制成的托盘主体和附着在托盘主体表面的碳化硅涂层。
其中，基片处理设备为金属有机化合物化学气相淀积设备。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的基片处理设备包括设置有多层托盘的基片处理腔室，以及设置在基片处理腔室外部的感应加热线圈，其中，感应加热线圈包括主加热绕组和连接在主加热绕组两端的辅助加热绕组，并且主加热绕组的直径大于辅助加热绕组的直径。借助上述直径较大的主加热绕组对多层托盘的中间部分的托盘进行感应加热，能够使得托盘边缘与中心区域获得的磁力线更加均匀，从而使托盘边缘和中心位置所感应出的涡电流趋于均匀，进而使整个托盘的发热更加均匀；同时，借助直径较小的辅助加热绕组对多层托盘两端位置的托盘进行加热能够使两端的托盘快速升温，并借助两端的托盘对中间位置的托盘进行辐射加热，从而能够进一步提高中间位置的托盘温度的均匀性。因此，应用本发明提供的基片处理设备能够有效提高托盘及托盘上所承载的基片的温度均匀性，从而为提高产品质量提供有力保障。
附图说明
图1为本发明提供的基片处理设备的一个具体实施例的剖面示意图；
图2为应用图1所示基片处理设备进行工艺时所测得的同一托盘不同半径位置处的升温曲线示意图；以及
图3为本发明提供的基片处理设备的另一个具体实施例的剖面示意图。
具体实施方式
本发明提供的基片处理设备包括设置有多层托盘的基片处理腔室，以及设置在基片处理腔室外部的感应加热线圈。该感应加热线圈包括主加热绕组和连接在主加热绕组两端的辅助加热绕组，其中，主加热绕组的直径大于辅助加热绕组的直径。这里，感应加热线圈为螺线管状导体绕组，上述主加热绕组和辅助加热绕组分别为该螺线管的不同位置的构成部分；因而上述主加热绕组和辅助加热绕组的直径是指主加热绕组或辅助加热绕组在上述螺线管相应位置处的管径。
此外，上述感应加热线圈通常采用方形或圆形的导体金属管绕制而成，并且，构成感应加热线圈的主加热绕组和辅助加热绕组采用同一根导体金属管制成。其中，导体金属管具体可以采用金、银、铜、铝以及其他各种具有良好导电特性的金属及合金等材料制成。优选地，上述感应加热线圈具体可以采用方形或圆形的紫铜管绕制而成。
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的基片处理设备进行详细描述。
请参阅图1，为本发明提供的基片处理设备的一个具体实施例的剖面示意图。如图所示，本发明提供的基片处理设备的基片处理腔室1的外部设置有用于对多层托盘2进行感应加热的感应加热线圈3。该多层托盘2沿腔室轴向逐层排列，各层托盘2之间具有一定的间隙。感应加热线圈3被套装在基片处理腔室1的外部，并对应于上述多层托盘2在腔室内的位置而固定。具体地，直径较大的主加热绕组31对应于多层托盘2的中间部分的托盘进行感应加热；同时，直径较小的辅助加热绕组32对应于多层托盘2的两端部分的托盘进行感应加热。在本实施例中，主加热绕组31中的所有匝的直径均相等，辅助加热绕组32中的所有匝的直径也均相等。
上述多层托盘2中的每一层均包括由石墨材料制成的托盘主体和附着在托盘主体表面的碳化硅涂层。由于石墨材料具有很好的导电性能，因而可被感应加热；又由于上述多层托盘2的两端部分的托盘温度容易受到腔室端部温度及气流等因素的影响；因此，在实际应用中，通常不使用多层托盘2中两端的托盘承载基片4进行工艺，而仅利用中间部分的托盘承载基片4，并将多层托盘2的中间区域作为工艺执行区域。也就是说，通常将保证多层托盘2的中间部分的托盘的温度均匀性视为基片处理设备中对温度控制的重点。为此，本发明提供的感应加热线圈3对应于多层托盘2的中间部分的托盘设置直径较大的主加热绕组31，其目的是增大感应加热线圈3与石墨托盘之间的径向距离，从而使石墨托盘所处区域中的磁力线分布更加均匀，以尽可能地使托盘中的涡电流密度趋于均匀，进而降低托盘径向上的温度差。与此同时，利用辅助加热绕组32对多层托盘2的两端部分的托盘进行加热，由于辅助加热绕组32的直径小，且距离托盘的距离较近，因而能够在多层托盘2两端部分的托盘上产生较高的加热功率，这样在加热过程中，两端的托盘会先达到较高的温度，从而使多层托盘2两端部分的托盘温度高于中间部分的托盘温度，因此两端的托盘会对中间部分的托盘进行辐射加热，并改善中间部分的托盘的温度稳定性及温度分布的均匀性，最终使被加热基片获得更加均匀的温度分布。
上述结论可以通过实验进行验证。请参阅图2，为应用图1所示的基片处理设备进行工艺时所测得的同一托盘不同半径位置处的温度曲线示意图。具体的实验操作为，在多层托盘的中间位置处的托盘中任选其一，并在该托盘的不同半径位置处选取5个测温点，分别为CH01\CH02\CH03\CH04\CH05(本实施例中所选的半径值为等差数列，当然也可以任意选取)，然后利用感应加热线圈对该基片处理设备的多层托盘进行感应加热，在加热过程中测量各个测温点的温度数据并绘制温度时间图表。由上述图表可知，在对托盘进行持续加热的过程中，上述5个测温点的温度始终较为稳定，而且，温度最高的测温点CH02的温度与温度最低的测温点CH05的温度差始终被控制在很小的数值范围内(如图2所示，该温度差大致为10℃左右)。
由上述描述可知，本发明提供的基片处理设备能够有效提高石墨托盘的径向温度分布的均匀性，并且在工艺过程中能够使托盘温度持续处于较为稳定的数值范围内，从而在工艺过程中能够满足外延工艺对温度均匀性和稳定的要求，最终为获得较好的工艺结果提供保障。
在实际应用中，本发明提供的基片处理设备例如可以是一种金属有机化合物化学气相沉积设备。
需要指出的是，虽然在上述实施例中，感应加热线圈的主加热绕组中各匝的直径相同，且辅助加热绕组中各匝的直径也相同，但本发明并不局限于此，在实际应用中，技术人员可以根据需要对主加热绕组和/或辅助加热绕组的直径进行调整，并且只要保证主加热绕组中的最小直径大于辅助加热绕组的最大直径即应视为本发明的保护范围。
请参阅图3，即为本发明提供的基片处理设备的另一个具体实施例的剖面示意图。本实施例中，感应加热线圈3的主加热绕组31和辅助加热绕组32采用了不同的直径。具体如下：主加热绕组31中的各匝的直径为，靠进螺线管中间位置的直径大于靠近螺线管两端的直径，即越靠近主加热绕组中间位置的直径越大。同样的，辅助加热绕组32中的各匝的直径为，靠进螺线管中间位置的直径大于靠近螺线管两端的直径，即越靠近主加热绕组的直径越大。也就是说，使整个感应加热线圈3的直径由螺线管的中间位置向两端逐渐减小。除此之外，本实施例中的感应加热线圈的材料、基片处理腔室及其多层托盘的结构等均与上述图1所示实施例相同或类似，在此不予赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变形和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基片处理设备，包括基片处理腔室和设置于所述基片处理腔室内的多层托盘，在所述基片处理腔室的外部设置有用于对所述多层托盘进行感应加热的感应加热线圈，其特征在于，
所述感应加热线圈包括主加热绕组和连接在所述主加热绕组两端的辅助加热绕组，所述主加热绕组的直径大于所述辅助加热绕组的直径。
2.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述主加热绕组中的所有绕组的直径均相等。
3.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述主加热绕组中的各匝的直径为：越靠近所述主加热绕组中间位置的直径越大。
4.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述辅助加热绕组中的所有匝的直径均相等。
5.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述辅助加热绕组中的各匝的直径为：越靠近主加热绕组的直径越大。
6.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述感应加热线圈采用方形或圆形的导体金属管绕制而成。
7.根据权利要求6所述的基片处理设备，其特征在于，所述感应加热线圈采用方形或圆形的紫铜管绕制而成。
8.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述主加热绕组对应于所述多层托盘的中间部分的托盘进行感应加热；所述辅助加热绕组对应于所述多层托盘的两端部分的托盘进行感应加热。
9.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述多层托盘中的每一层均包括由石墨材料制成的托盘主体和附着在所述托盘主体表面的碳化硅涂层。
10.根据权利要求1所述的基片处理设备，其特征在于，所述基片处理设备为金属有机化合物化学气相沉积设备。
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