CN103811246B - 加热装置及等离子体加工设备 - Google Patents

Abstract

一种加热装置及等离子体加工设备，其用于加热承载有被加工工件的托盘，其包括支撑底座、支撑柱和加热单元，其中，加热单元设置在支撑底座的上方；支撑柱与支撑底座固定连接，并且支撑柱的顶端高于加热单元的顶端，用以支撑所述托盘；加热单元包括采用热辐射的方式朝向托盘辐射热量的发热元件，发热元件包括螺旋状辐射体，螺旋状辐射体围绕托盘的中心线且沿所述托盘的径向均匀缠绕，并且螺旋状辐射体具有靠近托盘的中心线的第一接线端和靠近托盘的边缘的第二接线端。本发明提供的加热装置不仅结构简单，而且可以提高加热装置的加热均匀性，从而可以提高产品质量。

Description

加热装置及等离子体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备制造技术领域，具体地，涉及一种加热装置及等离子体加工设备。

背景技术

等离子体加工设备是加工半导体器件的常用设备，在进行诸如刻蚀、溅射、物理气相沉积和化学气相沉积等工艺过程中，常常需要借助加热装置对被加工工件进行加热，例如在进行ITO(Indium TinOxide，掺锡氧化铟)薄膜沉积工艺时，需要借助加热装置对蓝宝石基片加热至300℃左右。

此外，现有的等离子体加工设备通常采用托盘搬运的方式实现同时搬运和加热多个被加工工件，以提高生产效率，这就对加热装置的加热均匀性提出了一定的要求，以保证能够均匀地对置于托盘上的被加工工件进行加热。现阶段，加热装置通常采用直线形灯管，该直线形灯管设置在托盘的下方，用以采用热辐射的方式加热托盘，从而间接加热置于托盘上的被加工工件。

然而，上述直线形灯管在实际应用中不可避免地存在以下问题：由于单根直线形灯管因自身形状的限制而无法均匀地分布在托盘的下方，因而托盘的靠近直线形灯管的区域所获得的热量比托盘的远离直线形灯管的区域所获得的热量多，导致托盘的温度不均匀，从而使置于托盘上的被加工工件的温度不均匀，进而降低了产品质量。虽然通过采用相对于托盘所在平面均匀分布的多根直线形灯管，也可以实现均匀地加热托盘，但是，这又会出现以下问题，即：由于多根直线形灯管的接线端的数量较多，这增加了与该接线端连接的导电部件的数量，以及用于包覆导电部件以防止其真空打火的保护罩的结构复杂性，从而提高了加热装置的加工难度和制造成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种加热装置及等离子体加工设备，其不仅加工难度和制造成本低，而且可以提高加热装置的加热均匀性，从而可以提高产品质量。

为实现本发明的目的而提供一种加热装置，用于加热承载有被加工工件的托盘，其包括支撑底座、支撑柱和加热单元，其中，所述加热单元设置在所述支撑底座的上方；所述支撑柱与所述支撑底座固定连接，并且所述支撑柱的顶端高于所述加热单元的顶端，用以支撑所述托盘；所述加热单元包括采用热辐射的方式朝向所述托盘辐射热量的发热元件，所述发热元件包括螺旋状辐射体，所述螺旋状辐射体围绕所述托盘的中心线且沿所述托盘的径向均匀缠绕，并且所述螺旋状辐射体具有靠近所述托盘的中心线的第一接线端和靠近所述托盘的边缘的第二接线端；在所述支撑底座的下方设置有升降装置，所述升降装置包括基座、升降驱动机构、密封件以及冷却水管路，其中，所述基座与所述支撑底座连接，所述升降驱动机构与所述基座连接，在所述升降驱动机构的驱动下，所述基座带动所述支撑底座上升或下降；所述密封件设置于所述基座与支撑底座之间，用以将所述基座与支撑底座之间的缝隙密封；在所述基座的上表面且紧靠所述密封件的内侧或外侧设置有凹槽，或者，在所述支撑底座的下表面且紧靠所述密封件的内侧或外侧设置有凹槽，所述冷却水管路设置于所述凹槽内部，在所述冷却水管路内通入冷却水以冷却所述密封件。

其中，所述发热元件为红外辐射灯或电阻丝。

其中，所述发热元件还包括第一接线、第二接线、第一接线保护罩和第二接线保护罩，其中，所述第一接线保护罩的顶端与所述第一接线端连接，所述第一接线保护罩的底端在所述支撑底座的边缘位置处贯穿所述支撑底座的厚度，并延伸至所述支撑底座的下方；所述第一接线位于所述第一接线保护罩的内部，且所述第一接线的一端与所述第一接线端连接；所述第二接线保护罩的顶端与所述第二接线端连接，所述第二接线保护罩的底端在所述支撑底座的边缘位置处贯穿 所述支撑底座的厚度，并延伸至所述支撑底座的下方；所述第二接线位于所述第二接线保护罩的内部，且所述第二接线的一端与所述第二接线端连接；所述第一接线保护罩和第二接线保护罩采用陶瓷或石英制作。

其中，所述加热单元还包括：导电部件、真空电极以及电源，其中，所述真空电极固定在所述支撑底座上，且所述真空电极的顶端高于所述支撑底座的上表面，所述真空电极的底端低于所述支撑底座的下表面；所述第一接线的另一端和第二接线的另一端分别穿过所述第一接线保护罩和第二接线保护罩，且借助所述导电部件与所述真空电极的顶端电连接；所述电源与所述真空电极的底端电连接，其用于向所述发热元件提供电能。

其中，所述加热单元还包括导电部件保护罩，所述导电部件保护罩将所述导电部件包覆起来；所述导电部件保护罩采用陶瓷或石英制作。

其中，所述导电部件保护罩为由陶瓷微珠形成的包覆在所述导电部件外部的绝缘层。

其中，所述加热单元还包括电极保护罩，所述电极保护罩将所述真空电极的顶端包覆起来；所述电极保护罩采用陶瓷或石英制作。

其中，所述加热装置还包括支撑部件，所述支撑部件用于支撑所述螺旋状辐射体，以将其固定在所述支撑底座的上方。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，在所述反应腔室内的底部设置有加热装置，所述加热装置采用了本发明提供的上述加热装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的加热装置，其发热元件采用了围绕托盘的中心线且沿托盘的径向均匀缠绕的螺旋状辐射体，这与现有技术中的直线形灯管相比，由于单根螺旋状辐射体即可实现相对于托盘所在平面均匀分布，因而其不仅能够均匀地朝向托盘的各个区域辐射热量，以使托盘各个区域的温度趋于均匀，进而能够提高置于托盘上的被加工工件的温度均匀性，从而提高产品质量；而且，由于上述螺旋状辐射体仅具有两个接线端，即：靠近托盘的中心线的第一接线端和靠近托盘的边缘的第二接线端，接线端的数量较少，从而可以减少与接线端连接的导电部件的数量，以及降低用于包覆该导电部件以防止其真空打火的保护罩的结构复杂性，进而可以降低加热装置的加工难度和制造成本。

本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用上述加热装置，不仅可以使托盘各个区域的温度趋于均匀，从而可以提高置于托盘上的被加工工件的温度均匀性，进而能够提高产品质量；而且，还可以降低设备的加工难度和制造成本。

附图说明

图1为本发明提供的加热装置的结构示意图；

图2为图1中沿A-A线的俯视图；以及

图3为图1中发热元件的立体图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的加热装置及等离子体加工设备进行详细描述。

图1为本发明提供的加热装置的结构示意图。图2为图1中沿A-A线的俯视图。图3为图1中发热元件的立体图。请一并参阅图1、图2和图3，加热装置用于加热承载有被加工工件的托盘23，其包括支撑底座20、支撑柱22和加热单元，其中，加热单元设置在支撑底座20的上方；支撑柱22与支撑底座20固定连接，并且支撑柱22的顶端高于加热单元的顶端，用以支撑托盘23。在实际应用中，支撑柱22的数量可以为三个以上，且沿支撑底座20的周向均匀分布，并且支撑柱22固定在支撑底座20上且紧靠支撑底座20的边缘设置。

加热单元包括发热元件，其可以为诸如红外辐射灯或电阻丝等的可以采用热辐射的方式朝向位于其上方的托盘23辐射热量的热 源，从而间接加热置于托盘23上的被加工工件。发热元件包括螺旋状辐射体21，螺旋状辐射体21围绕托盘23的中心线且沿托盘23的径向均匀缠绕，即，在托盘23所在的平面上，螺旋状辐射体21的投影形状为相对于托盘23所在平面均匀分布的螺旋线形，并且螺旋状辐射体具有靠近托盘23的中心线的第一接线端211和靠近托盘23的边缘的第二接线端212。换句话说，螺旋状辐射体21可以由一根红外辐射灯管或电阻丝以靠近托盘23的中心线的位置作为起点，围绕托盘23的中心线且沿托盘23的径向均匀缠绕，直至缠绕至靠近托盘23的边缘的终点位置，上述红外辐射灯管或电阻丝的分别位于起点和终点位置的两端，即为第一接线端211和第二接线端212。由此可知，螺旋状辐射体21与现有技术中的直线形灯管相比，其不仅能够相对于托盘23所在平面均匀分布，从而能够均匀地朝向托盘23的各个区域辐射的热量，以使托盘23各个区域的温度趋于均匀，进而能够提高置于托盘23上的被加工工件的温度均匀性，提高产品质量。而且，由于螺旋状辐射体21仅具有两个接线端，即：第一接线端211和第二接线端212，接线端的数量较少，从而可以减少与接线端连接的导电部件的数量，以及降低用于包覆该导电部件以防止其真空打火的保护罩的结构复杂性，进而可以降低加热装置的加工难度和制造成本。

在本实施例中，发热元件还包括第一接线、第二接线以及采用陶瓷或石英制作的第一接线保护罩213和第二接线保护罩214。其中，第一接线保护罩213的顶端与第一接线端211连接，第一接线保护罩213的底端在支撑底座20的边缘位置处贯穿支撑底座20的厚度，并延伸至支撑底座20的下方；第一接线(图中未示出)位于第一接线保护罩213的内部，并且第一接线的一端与第一接线端211电连接；第二接线保护罩214的顶端与第二接线端212连接，第二接线保护罩214的底端在支撑底座20的边缘位置处贯穿支撑底座20的厚度，并延伸至支撑底座20的下方；第二接线(图中未示出)位于第二接线保护罩214的内部，并且第二接线的一端与第二接线端212电连接。借助于第一接线保护罩213和第二接线保护罩214，不仅可以使第一 接线和第二接线与外界绝缘，从而防止真空打火，而且还可以将第一接线和第二接线与导电部件连接的位置延伸至支撑底座20的下方，即，延伸至远离螺旋状辐射体21的位置，从而避免第一接线、第二接线以及二者与导电部件连接的连接处过热。

在本实施例中，加热单元还包括导电部件(图中未示出)、真空电极24以及电源(图中未示出)，其中，真空电极24固定在支撑底座20上，且真空电极24的顶端241高于支撑底座20的上表面，真空电极24的底端242低于支撑底座20的下表面；第一接线的另一端和第二接线的另一端分别穿过第一接线保护罩213和第二接线保护罩214，且借助导电部件与真空电极24的顶端241电连接；电源与真空电极24的底端242电连接，其用于向发热元件提供电能。

在本实施例中，加热单元还包括导电部件保护罩(图中未示出)，导电部件保护罩采用陶瓷或石英制作，其将导电部件包覆起来，以保证导电部件能够与外界电绝缘，从而防止导电部件真空打火。优选地，导电部件保护罩可以为由陶瓷微珠形成的包覆在导电部件外部的绝缘层，所谓陶瓷微珠是指块状、片状、粉末状或管状等形状的陶瓷材料。

在本实施例中，加热单元还包括电极保护罩25，电极保护罩25用于将真空电极24的顶端241包覆起来，并且电极保护罩25采用陶瓷或石英制作，用以使真空电极24的顶端241能够与外界电绝缘，从而防止真空电极24真空打火。

在本实施例中，加热装置还包括支撑部件26，支撑部件26用于支撑螺旋状辐射体21，以将其固定在支撑底座20的上方。

在本实施例中，在支撑底座20的下方还设置有升降装置，升降装置包括基座30、升降驱动机构31、密封件32以及冷却水管路33，其中，基座30位于支撑底座20的底部，且与支撑底座20连接；升降驱动机构31与基座30连接，在升降驱动机构31的驱动下，基座30带动支撑底座20上升或下降。在装载被加工工件的过程中，传输托盘23的机械手将托盘23传输至支撑底座20的上方；升降驱动机构驱动支撑底座20上升，以使其带动支撑柱22同步上升，直至支撑 柱22将托盘23顶起；机械手自支撑底座20的上方移开，即完成被加工工件的装载。

密封件32设置于基座30与支撑底座20之间，用以将基座30与支撑底座20之间的缝隙密封。而且，在基座30的上表面且紧靠密封件32的内侧或外侧设置有凹槽，或者，在支撑底座20的下表面且紧靠密封件32的内侧或外侧设置有凹槽，冷却水管路33设置于该凹槽的内部，在冷却水管路33内通入冷却水以冷却密封件32。

综上所述，本发明提供的加热装置，其发热元件采用了围绕托盘的中心线且沿托盘的径向均匀缠绕的螺旋状辐射体，这与现有技术中的直线形灯管相比，由于单根螺旋状辐射体即可实现相对于托盘所在平面均匀分布，因而其不仅能够均匀地朝向托盘的各个区域辐射热量，以使托盘各个区域的温度趋于均匀，进而能够提高置于托盘上的被加工工件的温度均匀性，从而提高产品质量；而且，由于上述螺旋状辐射体仅具有两个接线端，即：靠近托盘的中心线的第一接线端和靠近托盘的边缘的第二接线端，接线端的数量较少，从而可以减少与接线端连接的导电部件的数量，以及降低用于包覆该导电部件以防止其真空打火的保护罩的结构复杂性，进而可以降低加热装置的加工难度和制造成本。

本发明还提供一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，并且在反应腔室内的底部设置有加热装置，该加热装置采用本实施例提供的上述加热装置。

本实施例提供的上述等离子体加工设备，其通过采用本实施例提供的上述加热装置，不仅可以对托盘的各个区域进行均匀加热，从而能够提高置于托盘上的被加工工件的温度均匀性，进而能够提高产品质量；而且，还可以降低设备的加工难度和制造成本。

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，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种加热装置，用于加热承载有被加工工件的托盘，其包括支撑底座、支撑柱和加热单元，其中，所述加热单元设置在所述支撑底座的上方；所述支撑柱与所述支撑底座固定连接，并且所述支撑柱的顶端高于所述加热单元的顶端，用以支撑所述托盘；所述加热单元包括采用热辐射的方式朝向所述托盘辐射热量的发热元件，其特征在于，所述发热元件包括螺旋状辐射体，所述螺旋状辐射体围绕所述托盘的中心线且沿所述托盘的径向均匀缠绕，并且

所述螺旋状辐射体具有靠近所述托盘的中心线的第一接线端和靠近所述托盘的边缘的第二接线端；

在所述支撑底座的下方设置有升降装置，所述升降装置包括基座、升降驱动机构、密封件以及冷却水管路，其中

所述基座与所述支撑底座连接，所述升降驱动机构与所述基座连接，在所述升降驱动机构的驱动下，所述基座带动所述支撑底座上升或下降；

所述密封件设置于所述基座与支撑底座之间，用以将所述基座与支撑底座之间的缝隙密封；

在所述基座的上表面且紧靠所述密封件的内侧或外侧设置有凹槽，或者，在所述支撑底座的下表面且紧靠所述密封件的内侧或外侧设置有凹槽，所述冷却水管路设置于所述凹槽内部，在所述冷却水管路内通入冷却水以冷却所述密封件。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述发热元件为红外辐射灯或电阻丝。

3.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述发热元件还包括第一接线、第二接线、第一接线保护罩和第二接线保护罩，其中

所述第一接线保护罩的顶端与所述第一接线端连接，所述第一接线保护罩的底端在所述支撑底座的边缘位置处贯穿所述支撑底座的厚度，并延伸至所述支撑底座的下方；

所述第一接线位于所述第一接线保护罩的内部，且所述第一接线的一端与所述第一接线端连接；

所述第二接线保护罩的顶端与所述第二接线端连接，所述第二接线保护罩的底端在所述支撑底座的边缘位置处贯穿所述支撑底座的厚度，并延伸至所述支撑底座的下方；

所述第二接线位于所述第二接线保护罩的内部，且所述第二接线的一端与所述第二接线端连接；

所述第一接线保护罩和第二接线保护罩采用陶瓷或石英制作。

4.根据权利要求3所述的加热装置，其特征在于，所述加热单元还包括：导电部件、真空电极以及电源，其中

所述真空电极固定在所述支撑底座上，且所述真空电极的顶端高于所述支撑底座的上表面，所述真空电极的底端低于所述支撑底座的下表面；

所述第一接线的另一端和第二接线的另一端分别穿过所述第一接线保护罩和第二接线保护罩，且借助所述导电部件与所述真空电极的顶端电连接；

所述电源与所述真空电极的底端电连接，其用于向所述发热元件提供电能。

5.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述加热单元还包括导电部件保护罩，所述导电部件保护罩将所述导电部件包覆起来；

所述导电部件保护罩采用陶瓷或石英制作。

6.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述导电部件保护罩为由陶瓷微珠形成的包覆在所述导电部件外部的绝缘层。

7.根据权利要求4所述的加热装置，其特征在于，所述加热单元还包括电极保护罩，所述电极保护罩将所述真空电极的顶端包覆起来；

所述电极保护罩采用陶瓷或石英制作。

8.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括支撑部件，所述支撑部件用于支撑所述螺旋状辐射体，以将其固定在所述支撑底座的上方。

9.一种等离子体加工设备，其包括反应腔室，在所述反应腔室内的底部设置有加热装置，其特征在于，所述加热装置采用权利要求1-8任意一项权利要求所述加热装置。