TWI821648B - 半導體設備中的加熱裝置及半導體設備 - Google Patents

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Abstract

一種半導體設備中的加熱裝置及半導體設備，包括：加熱本體，用於承載晶片，且在加熱本體中設置有用於產生熱量的加熱部件；以及，冷卻結構，設置於加熱本體的下方，且冷卻結構被設置為選擇性地在距離加熱本體不同的位置處與加熱本體產生熱交換。本發明公開的半導體設備中的加熱裝置及半導體設備，用於擴大加熱裝置的使用溫度範圍，滿足不同的溫度需求。

Description

半導體設備中的加熱裝置及半導體設備
本發明涉及半導體設備領域，更具體地，涉及一種半導體設備中的加熱裝置及相關半導體設備。
隨著半導體行業的不斷發展，半導體制程更加多樣化，但是無論是哪種製程，溫度都是其中的重要一環，直接影響設備產能和成本。一般情況下，晶片被放置在製程腔室的加熱器上進行製程，在此過程中，要求加熱器溫度保持不變，目前通常採用加熱和冷卻同時控制的方法來實現溫度保持不變。
但是，在物理氣相沉積（Physical Vapour Deposition，以下簡稱PVD）製程中，很難保持溫度不變，這是因為PVD製程是通過濺射（Sputtering）沉積技術將濺射出的靶材材料沉積到晶片上，由於濺射出的靶材材料溫度較高，其在沉積時會將自身的熱量通過晶片傳遞到承載晶片的加熱器上，使加熱器表面溫度升高，而且隨著製程時間的增加，加熱器表面溫度會越來越高。雖然可以通過設置在加熱器下方的降溫裝置來對加熱器進行冷卻，但是這又會產生下述問題，即由於降溫裝置的熱交換效率是固定的，該降溫裝置帶走的熱量若多於加熱器產生的熱量，會導致加熱器的溫度無法維持在較高的溫度值；若少於加熱器增加的熱量，則會導致加熱器的溫度無法維持在較低的溫度值，從而利於降溫裝置這種方式限制了加熱器的溫度使用範圍，無法滿足不同的溫度需求。
本發明的目的是提出一種半導體設備中的加熱裝置及半導體設備，其用於擴大加熱裝置的使用溫度範圍，滿足不同的溫度需求。
為實現上述目的，本發明實施例提出了一種半導體設備中的加熱裝置，設置在該半導體設備的製程腔室中，包括：加熱本體和冷卻結構。該加熱本體用於承載晶片且在該加熱本體中設置有用於產生熱量的加熱部件。該冷卻結構設置於該加熱本體的下方，且該冷卻結構被設置為選擇性地在距離該加熱本體不同的位置處與該加熱本體產生熱交換。
可選的，該冷卻結構包括：冷卻本體和冷卻升降組件。該冷卻本體在該冷卻本體中設置有用於與該加熱本體產生熱交換的冷卻部件。該冷卻升降組件與該冷卻本體連接，用於帶動該冷卻本體升降，以調節該冷卻本體與該加熱本體在豎直方向上的間距。
可選的，該加熱裝置還包括連接部件和密封結構，其中，該連接部件與該加熱本體連接，且該連接部件在該加熱本體的底部與該加熱本體構成容置空間，該冷卻本體位於該容置空間中，該冷卻升降組件穿過設置在該製程腔室底部的通孔延伸至該製程腔室的外部；該密封結構的上端與該連接部件密封連接，該密封結構的下端與該製程腔室的底部密封連接，用以密封該容置空間和該通孔。
可選的，該密封結構包括波紋管和波紋管軸，其中，該波紋管軸的上端與該連接部件連接，該波紋管軸的下端穿過該通孔延伸至該製程腔室的外部，用以與升降驅動源連接；該波紋管套設在該波紋管軸上，且該波紋管的上端與該連接部件密封連接，該波紋管的下端與該製程腔室的底部密封連接，用以密封該容置空間和該通孔。
可選的，該冷卻升降組件包括升降部件、至少一個螺釘和至少一個彈性件，其中，該波紋管軸中設置有與該容置空間相連通的中空空間，該升降部件位於該中空空間中，且該升降部件的上端與該冷卻本體連接；該升降部件的下端面設置有至少一個螺紋孔，且在該波紋管軸的與該升降部件的下端面相對的內表面設置有至少一個安裝孔，各個該安裝孔一一對應地與各個該螺紋孔同軸設置；各個該螺釘自該波紋管軸的下方由下而上一一對應地穿過各個該安裝孔與對應的該螺紋孔螺紋連接；各個該彈性件與各個該螺釘一一對應地設置，且位於該升降部件的下端面與該波紋管軸的該內表面之間，並且處於壓縮狀態。
可選的，在該升降部件中還設置有引出空間和與該引出空間連通的兩個第一引出通孔；並且，在該波紋管軸中還設置有與該中空空間連通的兩個第二引出通孔，兩個該第二引出通孔與兩個該第一引出通孔同軸設置；該冷卻部件還包括該冷卻部件包括用於輸送冷卻水的冷卻管路、進水管路和出水管路，其中，該進水管路和出水管路各自的一端分別與該冷卻管路的入口和出口連接，該進水管路和出水管路各自的另一端均依次經由對應的該第一引出通孔和第二引出通孔延伸至該製程腔室的外部。
可選的，該冷卻結構包括多個冷卻本體，多個該冷卻本體沿遠離該加熱本體的下表面的方向間隔設置；並且每個該冷卻本體中均設置有用於與該加熱本體產生熱交換的冷卻部件。
可選的，該加熱裝置還包括連接部件和密封結構，其中，該連接部件與該加熱本體連接，且該連接部件在該加熱本體的底部與該加熱本體構成容置空間，多個該冷卻本體均位於該容置空間中，其中，每個該冷卻部件均包括用於輸送冷卻水的冷卻管路，以及進水管路和出水管路，該進水管路和出水管路各自的一端分別與該冷卻管路的入口和出口連接，該進水管路和出水管路各自的另一端穿過設置在該製程腔室底部的通孔延伸至該製程腔室的外部；該密封結構的上端與該連接部件密封連接，該密封結構的下端與該製程腔室的底部密封連接，用以密封該容置空間和該通孔。
可選的，該密封結構包括波紋管和波紋管軸，其中，該波紋管軸的上端與該連接部件連接，該波紋管軸的下端穿過該通孔延伸至該製程腔室的外部，用以與升降驅動源連接；並且，該波紋管軸中設置有與該容置空間相連通的中空空間，以及與該中空空間連通的多對引出通孔，該進水管路和出水管路各自的另一端經由對應的一對該引出通孔延伸至該製程腔室的外部；該波紋管套設在該波紋管軸上，且該波紋管的上端與該連接部件密封連接，該波紋管的下端與該製程腔室的底部密封連接，用以密封該容置空間和該通孔。
可選的，位於最上方的該冷卻本體的上表面與該加熱本體的上表面相貼合。
可選的，該加熱本體的下表面和該冷卻本體的上表面相互平行。
可選的，該加熱裝置還包括熱交換氣體輸入管路，該熱交換氣體輸入管路的出氣端與該容置空間相連通，該熱交換氣體輸入管路的進氣端用於與熱交換氣體源連接。
作為另一個技術方案，本發明實施例還提供一種半導體設備，包括製程腔室，還包括本發明實施例提供的上述加熱裝置，該加熱裝置設置在該製程腔室中。
本發明的有益效果在於：
本發明實施例提供的半導體設備中的加熱裝置，其通過設置在加熱本體下方的冷卻結構，選擇性地在距離加熱本體不同的位置處與加熱本體產生熱交換，可以使冷卻結構以不同的熱交換效率對加熱本體進行冷卻，從而既可以通過在距離加熱本體較近的位置處與加熱本體熱交換，以將加熱本體的溫度控制在較低的溫度範圍內，又可以通過在距離加熱本體較遠的與加熱本體熱交換，以將加熱本體的溫度控制在較高的溫度範圍內，進而可以擴大加熱裝置的使用溫度範圍，滿足不同的溫度需求。
本發明實施例提供的半導體設備，其通過採用本發明實施例提供的上述加熱裝置，可以擴大加熱裝置的使用溫度範圍，滿足不同的溫度需求。
本發明具有其它的特性和優點，這些特性和優點從併入本文中的附圖和隨後的具體實施方式中將是顯而易見的，或者將在併入本文中的附圖和隨後的具體實施方式中進行詳細陳述，這些附圖和具體實施方式共同用於解釋本發明的特定原理。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些誤差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準誤差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
圖1示出了一種加熱裝置，其可以解決加熱裝置表面不斷升高的溫度的問題，如圖1所示，該加熱裝置設置在製程腔室（圖中未示出）中，且包括加熱本體101、冷卻本體103、加熱絲102、冷卻水道104、進水管路105a、出水管路105b、連接筒107和固定座106。其中，加熱絲102設置在加熱本體101中，用於產生熱量；冷卻水道104設置在冷卻本體103中，用於通過傳輸冷卻水來與冷卻本體103產生熱量交換，從而間接冷卻加熱本體103。連接筒107的上端與冷卻本體103密封連接，連接筒107的下端與固定座106密封連接，固定座106用於與製程腔室的底部固定連接。
冷卻水道104的入口和出口分別與進水管路105a和出水管路105b的一端連接，進水管路105a和出水管路105b的另一端依次通過連接筒107的內部空間108、固定座106中的通孔106a以及製程腔室底部的通孔（圖中未示出）伸出至製程腔室的外部，以能夠與冷卻水源連接。另外，加熱裝置還包括測溫裝置100，其檢測端與加熱本體103接觸，引線端採用與上述進水管路105a和出水管路105b相同的路徑引出至製程腔室的外部。
在使用上述加熱裝置時，可以利用加熱絲102產生的熱量維持加熱本體101的製程溫度，同時通過向冷卻水道104通入冷卻水來降低加熱本體101由於製程制程造成的溫升。在這個過程中，當加熱本體101的溫度不高於製程溫度時，加熱絲102工作；當加熱本體101的溫度高於製程溫度時，冷卻水道104中通入冷卻水，以將加熱本體101的溫度維持在製程溫度。
但是，在實際應用中發現，上述加熱裝置只能將加熱本體101的溫度維持在較低的溫度範圍（例如小於100℃）內，當需要的製程溫度高於該溫度範圍時，由於冷卻本體103本身的導熱係數較高，當冷卻水通入冷卻水道105後，會將加熱本體101的熱量快速帶走，若帶走熱量的速度高於加熱絲102滿功率輸出時產生熱量的速度，則會導致加熱本體101的溫度無法達到較高的製程溫度，從而無法滿足高溫度需求。
還有一種加熱裝置與圖1所示的上述加熱裝置的結構相類似，二者的區別在於，冷卻本體的上表面與加熱本體的下表面之間設有一定的間隙，從而降低了二者之間的熱交換效率，使加熱本體的熱量不會大量散失，以使加熱本體的溫度能夠達到較高的製程溫度，但是，在實際應用中發現，這種加熱裝置只能將加熱本體的溫度維持在較高的溫度範圍（例如大於80℃）內，當需要的製程溫度低於該溫度範圍時，由於冷卻本體的熱交換效率較低，其帶走熱量的速度低於加熱本體的增加熱量的速度，從而無法將加熱本體的溫度控制在較低的製程溫度，無法滿足低溫度需求。此外，當設備需要維護時，需要將加熱本體的溫度降溫到常溫狀態，以方便人員維護，但是由於冷卻本體的熱交換效率較低，這會導致加熱本體降低至常溫的時間過長，造成設備維護時間太長，從而影響設備利用率。
為了解決上述問題，本發明提供一種半導體設備中的加熱裝置，該加熱裝置設置在半導體設備的製程腔室中，且包括加熱本體和冷卻結構，其中，該加熱本體用於承載晶片，且在加熱本體中設置有用於產生熱量的加熱部件；冷卻結構設置於加熱本體的下方，且該冷卻結構被設置為選擇性地在距離加熱本體不同的位置處與加熱本體產生熱交換。
上述冷卻結構在距離加熱本體不同的位置處與加熱本體產生熱交換的方式可以有多種，例如，上述冷卻結構的整體高度是可調的，以改變冷卻結構的這一整體距離加熱本體的位置；又如，上述冷卻結構的整體高度不變，而僅通過選擇冷卻結構中不同位置處的冷卻部件（與加熱本體產生熱交換作用的部件）工作，來改變熱交換效率。
通過冷卻結構選擇性地在距離加熱本體不同的位置處與加熱本體產生熱交換，可以使冷卻結構以不同的熱交換效率對加熱本體進行冷卻，從而既可以通過在距離加熱本體較近的位置處與加熱本體熱交換，以將加熱本體的溫度控制在較低的溫度範圍內，又可以通過在距離加熱本體較遠的與加熱本體熱交換，以將加熱本體的溫度控制在較高的溫度範圍內，進而可以擴大加熱裝置的使用溫度範圍，既能夠滿足高溫度需求，又能夠滿足低溫度需求。
以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
實施例1
請參閱圖2，本發明實施例1提供了一種半導體設備中的加熱裝置，該加熱裝置包括加熱本體301和冷卻結構，其中，加熱本體301用於承載晶片110，例如將晶片110放置於加熱本體301的上表面。加熱本體301例如呈圓盤狀，當然，也可以根據具體需要採用其他任意形狀。而且，在該加熱本體101中設置有用於產生熱量的加熱部件302。加熱部件302諸如為加熱電阻絲、加熱燈管等的能夠產生熱量的加熱元件。具體來說，圖2中示出的加熱部件302為加熱電阻絲，其自加熱本體301的下表面內嵌在加熱本體301中，且相對於加熱本體301的下表面均勻分佈，以能夠均勻地加熱晶片110。
冷卻結構設置於加熱本體301的下方，該冷卻結構包括冷卻本體313和冷卻升降組件，其中，在冷卻本體313中設置有用於與加熱本體301產生熱交換的冷卻部件304；上述冷卻升降組件與冷卻本體313連接，用於帶動該冷卻本體313升降，以調節冷卻本體313與加熱本體301在豎直方向上的間距。也就是說，在冷卻升降組件的帶動下，冷卻本體313在整體上的高度產生變化，從而可以調節冷卻本體313中的冷卻部件304距離加熱本體301的位置。冷卻部件304距離加熱本體301越近，其與加熱本體301的熱交換效率越高，越容易將加熱本體301的溫度維持在較低的溫度值，從而可以滿足低溫度需求；反之，冷卻部件304距離加熱本體301越遠，其與加熱本體301的熱交換效率越低，越容易將加熱本體301的溫度維持在較高的溫度值，從而可以滿足高溫度需求。由此，可以擴大加熱裝置的使用溫度範圍，滿足不同的溫度需求。此外，借助上述冷卻升降組件，可以自由調節冷卻本體313的整體高度，從而可以提高溫度調節的靈活性。
在一些實施例中，上述冷卻升降組件的下端需要伸出至製程腔室的外部，在此情況下，為了保證製程腔室的密封性，可選的，上述加熱裝置還包括連接部件307和密封結構，其中，連接部件307與加熱本體301連接，且該連接部件307在加熱本體301的底部與加熱本體301構成容置空間310，上述冷卻本體313位於該容置空間310中，上述冷卻升降組件穿過設置在製程腔室400底部的通孔（圖中未示出）延伸至製程腔室400的外部。上述密封結構的上端與連接部件307密封連接，密封結構的下端與製程腔室400的底部密封連接，用以密封容置空間310和上述通孔。圖2中的虛線框的內部表示為製程腔室400的內部，虛線框的外部表示為製程腔室400的外部。
可選的，在本實施例中，為了便於拆裝，且保護加熱本體301不在拆裝過程中損壞，連接部件307通過環形連接件306固定在加熱本體301的底部，該環形連接件306分別與加熱本體301和連接部件307密封連接，在這種情況下，上述環形連接件306、連接部件307與該加熱本體301構成上述容置空間310。上述密封連接的方式有多種，例如為焊接，或者進行真空密封處理的螺紋連接。當然，在實際應用中，連接部件307也可以直接與加熱本體301直接連接。
上述密封結構可以有多種結構，例如，如圖2所示，在本實施例中，密封結構包括波紋管308和波紋管軸305，其中，波紋管軸305的上端與連接部件307連接，波紋管軸305的下端穿過上述通孔延伸至製程腔室400的外部，用以與升降驅動源（圖中未示出）連接。在升降驅動源的驅動下，波紋管軸305用於通過連接部件307帶動加熱本體301升降，此時加熱本體301、連接部件307和冷卻本體313均同步升降。波紋管308套設在波紋管軸305上，且波紋管308的上端與連接部件307密封連接，波紋管308的下端與製程腔室400的底部密封連接，用以密封容置空間310和上述通孔，從而保證製程腔室400的密封性。
可選的，上述波紋管308的下端通過固定座309與製程腔室400的底壁（圖中未示出）密封連接，並且該固定座309中設置有固定座通孔309a，波紋管軸305的下端依次通過該固定座通孔309a和製程腔室400底部的通孔伸出至製程腔室400的外部。可以理解，上述波紋管308還能夠對固定座通孔309a進行密封。
上述冷卻升降組件的結構可以有多種，例如，在本實施例中，冷卻升降組件包括升降部件303、至少一個螺釘401和至少一個彈性件402，其中，波紋管軸305中設置有與上述容置空間310相連通的中空空間305a，升降部件303位於該中空空間305a中，且升降部件303的上端與上述冷卻本體313連接，二者的連接方式例如為一體成型、焊接等。升降部件303的下端面設置有至少一個螺紋孔403，且在波紋管軸305的與該升降部件303的下端面相對的內表面設置有至少一個安裝孔404，各個安裝孔404一一對應地與各個螺紋孔403同軸設置；各個螺釘401自波紋管軸305的下方由下而上一一對應地穿過各個安裝孔404與對應的螺紋孔403螺紋連接；各個彈性件402與各個螺釘401一一對應地設置，且位於升降部件303的下端面與波紋管軸305的上述內表面之間，並且處於壓縮狀態。
可選的，螺釘401可以為多個（圖2示出了兩個螺釘401），且多個螺釘401相對于波紋管軸305的軸線對稱分佈，通過設置多個螺釘401，有助於提高支撐冷卻本體313的穩定性。
當旋動上述螺釘401時，由於其與升降部件303上的螺紋孔403螺紋連接，在螺紋配合的作用下，螺釘401固定不動，而升降部件303沿螺釘401的軸向上升或下降，從而帶動冷卻本體313同步升降。同時，由於彈性件402處於壓縮狀態，其始終向升降部件303施加向上的彈力，以起到支撐升降部件303以及冷卻本體313的作用。彈性件402例如為壓縮彈簧。
需要說明的是，冷卻升降組件並不局限於本實施例提供的上述結構，在實際應用中，冷卻升降組件還可以採用其他任意可帶動冷卻本體313升降的結構。
還需要說明的是，在本實施例中，加熱本體301利用加熱升降組件實現升降，但是，本發明實施例並不局限於此，在實際應用中，根據具體需要，也可以不設置上述加熱升降組件，即，加熱本體301相對於製程腔室固定不動。在這種情況下，若冷卻升降組件需要伸出製程腔室，則可以利用相應的密封結構對製程腔室底部的用於供冷卻升降組件穿過的通孔進行密封，以保證製程腔室的密封性。當然，上述冷卻升降組件也可以設置在製程腔室的內部，在這種情況下，可以採用自動控制的方式為冷卻升降組件提供升降動力。
在本實施例中，在升降部件303中還設置有引出空間303a和與該引出空間303a連通的兩個第一引出通孔；並且，在波紋管軸305中還設置有與中空空間305a連通的兩個第二引出通孔，兩個第二引出通孔與兩個第一引出通孔同軸設置。上述冷卻部件304包括用於輸送冷卻水的冷卻管路304a、進水管路304b和出水管路304c，其中，進水管路304b和出水管路304c各自的一端分別與冷卻管路304a的入口和出口連接，進水管路304b和出水管路304c各自的另一端均依次經由對應的上述第一引出通孔和第二引出通孔延伸至製程腔室400的外部，以能夠與用於提供冷卻水的水源連接。
可選的，上述冷卻管路304a可以為環形水管，或者也可以為螺旋形的水管，其相對於冷卻本體313的上表面均勻分佈，以提高冷卻均勻性。
在本實施例中，可選的，加熱本體301的下表面與冷卻本體313的上表面相互平行，這樣可以使冷卻本體313的上表面的不同位置處與加熱本體301之間的熱交換效率相同，從而可以提高加熱本體301的溫度均勻性。
在本實施例中，可選的，加熱裝置還可以包括熱交換氣體輸入管路（圖中未示出），該熱交換氣體輸入管路的出氣端與上述容置空間310相連通，熱交換氣體輸入管路的進氣端用於與熱交換氣體源連接。通過向容置空間310通入熱交換氣體，可以提高容置空間310中的氣體壓力，從而可以提高熱交換效率，提高冷卻效率，尤其在設備需要維護時，可以有效縮短加熱本體降低至常溫的時間，減少設備維護時間，從而提高設備利用率。上述熱交換氣體例如為壓縮氣體（例如高壓空氣）。
實施例2
請參閱圖3，本發明實施例2提供了一種半導體設備中的加熱裝置，其與上述實施例1相比，同樣包括加熱本體301和冷卻結構，而區別在於：該冷卻結構的具體結構不同。
具體地，在本實施例中，冷卻結構包括多個冷卻本體，多個冷卻本體沿遠離加熱本體301的下表面的方向間隔設置；並且每個冷卻本體中均設置有用於與加熱本體301產生熱交換的冷卻部件。由於不同的冷卻部件距離加熱本體301的位置不同，通過選擇性地控制至少一個冷卻本體中的冷卻部件工作，可以實現以不同的熱交換效率對加熱本體301進行冷卻，以滿足不同的溫度需求。換句話說，上述各個冷卻本體距離加熱本體301的位置不變，僅通過選擇不同位置處的冷卻部件工作來改變熱交換效率。
可選的，位於最上方的冷卻本體的上表面與加熱本體301的上表面相貼合，這樣，可以進一步提高位於最上方的冷卻本體與加熱本體301的熱交換效率，以能夠滿足高冷卻速度的要求。
例如，圖3中示出了兩個冷卻本體，分別為第一冷卻本體303A和位於其下方的第二冷卻本體303B，並且第二冷卻本體303B與第一冷卻本體303A間隔設置。其中，第一冷卻本體303A中設置有第一冷卻部件304A；第二冷卻本體303B中設有第二冷卻部件304B。
上述第一冷卻部件304A和第二冷卻部件304B可以單獨工作，也可以同時工作，在二者同時工作時，熱交換效率最高；由於上述第一冷卻部件304A比第二冷卻部件304B更靠近加熱本體301，上述第一冷卻部件304A在單獨工作時的熱交換效率高於第二冷卻部件304B在單獨工作時的熱交換效率，由此，通過選擇上述第一冷卻部件304A和第二冷卻部件304B中的至少一個工作，可以在三種不同的熱交換效率之間進行切換，從而滿足不同的溫度需求。容易理解，冷卻本體的數量越多，熱交換效率的選擇越多，溫度調節的靈活性越高。
在本實施例中，加熱裝置同樣可以包括用於驅動加熱本體301升降的加熱升降組件，該加熱升降組件可以採用與上述實施例1相類似的結構（可參照圖2的相關部分），而區別在於：如圖3所示，在本實施例中，連接部件307’的上端與第一冷卻本體303A密封連接，且在第一冷卻本體303A的底部與該第一冷卻本體303A構成容置空間310’，第二冷卻本體303B位於該容置空間310’中，且與上述連接部件307’一體成型，也可以說，上述連接部件307’即用作第二冷卻本體303B，第二冷卻部件304B設置在該連接部件307’中，由此可以實現對製程腔室的密封。
加熱升降組件的其他結構與上述實施例1相同，由於在上述實施例1中已有了詳細描述，在此不再贅述。
在本實施例中，每個冷卻部件均包括用於輸送冷卻水的冷卻管路，以及進水管路和出水管路。進水管路和出水管路可以採用與上述實施例1相同的方式延伸至所述製程腔室的外部。以圖3示出的第一冷卻部件304A和第二冷卻部件304B為例，第一冷卻部件304A中的進水管路A1和出水管路A2，和第二冷卻部件304B中的進水管路B1和出水管路B2均通過波紋管軸（圖中未示出）中的中空空間延伸至製程腔室的外部。
本發明實施例2提供的加熱裝置的其他結構與上述實施例1相類似，由於在上述實施例1中已有了詳細描述，在此不再贅述。
綜上所述，本發明實施例提供的半導體設備中的加熱裝置，其通過設置在加熱本體下方的冷卻結構，選擇性地在距離加熱本體不同的位置處與加熱本體產生熱交換，可以使冷卻結構以不同的熱交換效率對加熱本體進行冷卻，從而既可以通過在距離加熱本體較近的位置處與加熱本體熱交換，以將加熱本體的溫度控制在較低的溫度範圍內，又可以通過在距離加熱本體較遠的與加熱本體熱交換，以將加熱本體的溫度控制在較高的溫度範圍內，進而可以擴大加熱裝置的使用溫度範圍，滿足不同的溫度需求。
本發明另一實施例還提供一種半導體設備，如物理氣相沉積設備，包括製程腔室和設置在製程腔室中的加熱裝置，該加熱裝置採用本發明上述各個實施例提供的加熱裝置。
本發明實施例提供的半導體設備，其通過採用本發明實施例提供的上述加熱裝置，可以擴大加熱裝置的使用溫度範圍，滿足不同的溫度需求。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文中介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
101:加熱本體 102:加熱絲 103:冷卻本體 104:冷卻水道 105a:進水管路 105b:出水管路 106:固定座 106a:通孔 107:連接筒 108:連接筒的內部空間 100:測溫裝置 110:晶片 301:加熱本體 302:加熱部件 313:冷卻本體 304:冷卻部件 303a:第一冷卻本體 304a:第一冷卻部件 303b:第二冷卻本體 304b:第二冷卻部件 304c:出水管路 305:波紋管軸 305a:中空空間 306:環形連接件 307, 307’:波紋管轉接件 308:波紋管 309:固定座 309a:固定座通孔 310, 310’:容置空間 A1, B1:進水管路 A2, B2:出水管路 400:製程腔室 401:螺釘 402:彈性件 403:螺紋孔 404:過孔
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1示出了一實例中的一種加熱裝置的結構示意圖； 圖2示出了本發明實施例1提供的半導體設備中的加熱裝置的結構示意圖； 圖3示出了本發明實施例2提供的半導體設備中的加熱裝置的結構示意圖。
101:加熱本體
102:加熱絲
103:冷卻本體
104:冷卻水道
105a:進水管路
105b:出水管路
106:固定座
106a:通孔
107:連接筒
108:連接筒的內部空間
100:測溫裝置
110:晶片

Claims (7)

  1. 一種半導體設備，包括製程腔室和設置在該製程腔室中的一加熱裝置，該加熱裝置包括：一加熱本體，用於承載晶片，且在該加熱本體中設置有用於產生熱量的一加熱部件；一冷卻結構，設置於該加熱本體的下方，且該冷卻結構被設置為選擇性地在距離該加熱本體不同的位置處與該加熱本體產生熱交換，以擴大該加熱裝置的使用溫度範圍；其中該冷卻結構包括：一冷卻本體，在該冷卻本體中設置有用於與該加熱本體產生熱交換的一冷卻部件；以及一冷卻升降組件，與該冷卻本體連接，用於帶動該冷卻本體升降，以調節該冷卻本體與該加熱本體在豎直方向上的間距；該加熱裝置還包括連接部件和密封結構，其中，該連接部件與該加熱本體連接，且該連接部件在該加熱本體的底部與該加熱本體構成一容置空間，該冷卻本體位於該容置空間中，該冷卻升降組件穿過設置在該製程腔室底部的一通孔延伸至該製程腔室的外部；該密封結構的上端與該連接部件密封連接，該密封結構的下端與該製程腔室的底部密封連接，用以密封該容置空間和該通孔；其中該密封結構包括一波紋管和一波紋管軸，其中，該波紋管軸的上端與該連接部件連接，該波紋管軸的下端穿過該通孔延伸至該製程腔室的外部，用以與一升降驅動源連接；該波紋管套設在該波紋管軸上，且該波紋管的上端與該連接部件密封連接，該波紋管的下端與該製程腔室的底部密封連接，用以密封該容置空間和該通孔；其中該冷卻升降組件包括一升降部件、至少一個螺釘和至少一個彈性件，其中，該波紋管軸中設置有與該容置空間相連通的一中空空間，該升降部 件位於該中空空間中，且該升降部件的上端與該冷卻本體連接；該升降部件的下端面設置有至少一個螺紋孔，且在該波紋管軸的與該升降部件的下端面相對的內表面設置有至少一個安裝孔，各個該安裝孔一一對應地與各個該螺紋孔同軸設置；各個該螺釘自該波紋管軸的下方由下而上一一對應地穿過各個該安裝孔與對應的該螺紋孔螺紋連接；各個該彈性件與各個該螺釘一一對應地設置，且位於該升降部件的下端面與該波紋管軸的該內表面之間，並且處於壓縮狀態。
  2. 如請求項1所述的半導體設備，其中在該升降部件中還設置有一引出空間和與該引出空間連通的兩個第一引出通孔；並且，在該波紋管軸中還設置有與該中空空間連通的兩個第二引出通孔，兩個該第二引出通孔與兩個該第一引出通孔同軸設置；該冷卻部件還包括用於輸送冷卻水的一冷卻管路、一進水管路和一出水管路，其中，該進水管路和出水管路各自的一端分別與該冷卻管路的入口和出口連接，該進水管路和出水管路各自的另一端均依次經由對應的該第一引出通孔和第二引出通孔延伸至該製程腔室的外部。
  3. 一種半導體設備，包括製程腔室和設置在該製程腔室中的一加熱裝置，該加熱裝置包括：一加熱本體，用於承載晶片，且在該加熱本體中設置有用於產生熱量的一加熱部件；以及一冷卻結構，設置於該加熱本體的下方，且該冷卻結構被設置為選擇性地在距離該加熱本體不同的位置處與該加熱本體產生熱交換，以擴大該加熱裝置的使用溫度範圍；其中該冷卻結構包括多個冷卻本體，多個該冷卻本體沿遠離該加熱本體的下表面的方向間隔設置；並且每個該冷卻本體中均設置有用於與該加熱本體產生熱交換的一冷卻部件； 其中該加熱裝置還包括一連接部件和一密封結構，其中，該連接部件與該加熱本體連接，且該連接部件在該加熱本體的底部與該加熱本體構成一容置空間，多個該冷卻本體均位於該容置空間中，其中，每個該冷卻部件均包括用於輸送冷卻水的一冷卻管路，以及一進水管路和一出水管路，該進水管路和出水管路各自的一端分別與該冷卻管路的入口和出口連接，該進水管路和出水管路各自的另一端穿過設置在該製程腔室底部的通孔延伸至該製程腔室的外部；該密封結構的上端與該連接部件密封連接，該密封結構的下端與該製程腔室的底部密封連接，用以密封該容置空間和該通孔。
  4. 如請求項3所述的半導體設備，其中該密封結構包括一波紋管和一波紋管軸，其中，該波紋管軸的上端與該連接部件連接，該波紋管軸的下端穿過該通孔延伸至該製程腔室的外部，用以與一升降驅動源連接；並且，該波紋管軸中設置有與該容置空間相連通的一中空空間，以及與該中空空間連通的多對引出通孔，該進水管路和出水管路各自的另一端經由對應的一對該引出通孔延伸至該製程腔室的外部；該波紋管套設在該波紋管軸上，且該波紋管的上端與該連接部件密封連接，該波紋管的下端與該製程腔室的底部密封連接，用以密封該容置空間和該通孔。
  5. 如請求項3所述的半導體設備，其中位於最上方的該冷卻本體的上表面與該加熱本體的上表面相貼合。
  6. 如請求項1或3任一項所述的半導體設備，其中該加熱本體的下表面和該冷卻本體的上表面相互平行。
  7. 如請求項1或3任一項所述的半導體設備，其中該加熱裝置還包括一熱交換氣體輸入管路，該熱交換氣體輸入管路的出氣端與該容置空間相連通，該 熱交換氣體輸入管路的進氣端用於與熱交換氣體源連接。
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