反应腔室及等离子体加工设备制造技术

本发明专利技术提供的一种反应腔室及等离子体加工设备，在反应腔室内设置有采用导磁材料制作的承载被加工工件的多层托盘，且沿竖直方向间隔设置，其包括对托盘进行加热的加热单元，加热单元包括交流电源、环绕设置在反应腔室的侧壁外侧的加热线圈和辅助线圈，加热线圈位于与多层托盘所在区域相对应的位置，且与交流电源连接，采用感应加热的方式对托盘进行加热；采用自身为闭合回路结构的辅助线圈位于加热线圈的顶端上方和/或底端下方，用以在加热线圈通入交流电时形成感应磁场，用于调整由加热线圈形成的交变磁场的分布，以使各层托盘的径向温度趋于均匀。本发明专利技术提供的反应腔室，其可以提高被加工工件温度的均匀性，从而可以提高工艺质量和良品率。

【技术实现步骤摘要】
反应腔室及等离子体加工设备
本专利技术属于半导体设备制造领域，具体涉及一种反应腔室及等离子体加工设备。
技术介绍
金属有机化学气相沉积（Metal-organicChemicalVaporDeposition，以下简称MOCVD）是在气相外延生长的基础上发展起来的一种新型气相生长技术，其可以精确控制外延层的厚度和组分，是目前生产光电器件的关键技术。MOCVD设备的工艺质量与反应腔室内气流和温度的均匀性有关，温度的均匀性尤其是指托盘上承载被加工工件的区域的温度均匀性。目前，通常采用立式结构的MOCVD设备，其借助设置多层承载托盘，可以大幅度的增加MOCVD设备的产能。图1为现有的MOCVD设备的结构简图。图2为图1中MOCVD设备的磁场分布图。请一并参阅图1和图2，MOCVD设备包括反应腔室1，在反应腔室1内沿其竖直方向间隔设置有多层由石墨制成的承载托盘2，用于承载被加工工件，并且，在最上层承载托盘的上方以及最下层承载托盘的下方，且沿着反应腔室竖直方向间隔设置的多个辅助托盘5，辅助托盘5与托盘2相对设置；而且，在反应腔室1内还设置有中央进气管3，中央进气管3沿竖直方向贯穿每层位于承载托盘2上方的辅助托盘5和承载托盘2，中央进气管3用于向每层承载托盘2输送工艺气体，以使工艺气体与位于承载托盘2上的被加工工件反应，从而在被加工工件的上表面形成工艺所需的薄膜。此外，在反应腔室1的外周壁的外侧环绕设置有加热线圈4，且加热线圈4位于与多层承载托盘2所在区域相对应的位置，加热线圈4与交流电源（图中未示出）电连接，交流电源在对应于加热线圈4的区域内产生交变磁场，如图2所示，这使得在交变磁场下承载托盘2内部感应出能够产生热量的涡电流，从而间接地将承载在承载托盘2上的被加工工件加热至工艺所需的温度。然而，上述MOCVD设备在实际应用中不可避免地存在以下问题，即：如图2所示，由于交变磁场的磁力线在靠近加热线圈4的区域比远离加热线圈4的区域分布密集，导致托盘2的边缘区域所处的磁场强度大于中心区域所处的磁场强度，从而导致托盘2的边缘区域感应出的涡电流多于中心区域，这就造成托盘2边缘区域的温度高于中心区域的温度，导致托盘2沿径向上的温度不均匀，从而造成承载在托盘2上表面上的被加工工件的温度不均匀，进而导致工艺质量差和良品率低。而且，为了提高被加工工件温度的均匀性，可借助托盘2自身的热传导和相邻托盘2之间的热辐射使其中心区域与边缘区域的温度尽量接近，这就需要花费较长的均温时间和增设保温设施，从而使得工艺时间长、生产成本高。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，提供了一种反应腔室及等离子体加工设备，其可以提高被加工工件温度的均匀性，从而可以提高工艺质量和良品率。本专利技术提供了一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有采用导磁材料制作的多层托盘，且沿竖直方向间隔设置，用以承载被加工工件；并且，所述反应腔室包括加热单元，用以对所述托盘进行加热，所述加热单元包括交流电源、环绕设置在所述反应腔室的侧壁外侧的加热线圈和辅助线圈，其中所述加热线圈位于与所述多层托盘所在区域相对应的位置，且与所述交流电源连接，用以采用感应加热的方式对所述托盘进行加热；所述辅助线圈位于所述加热线圈的顶端上方和/或底端下方，所述辅助线圈自身采用闭合回路结构，用以在所述加热线圈通入交流电时形成感应磁场，所述感应磁场用于调整由所述加热线圈形成的交变磁场的分布，以使各层所述托盘的径向温度趋于均匀。其中，位于所述加热线圈的顶端上方的所述辅助线圈的数量为一个或者多个，多个所述辅助线圈彼此独立，且每个所述辅助线圈为螺旋缠绕的至少一匝的闭合线圈，和/或，位于所述加热线圈的底端下方的所述辅助线圈的数量为一个或者多个，多个所述辅助线圈彼此独立，且每个所述辅助线圈为螺旋缠绕的至少一匝的闭合线圈。其中，所述反应腔室还包括闭合开关，所述闭合开关的数量与所述辅助线圈的数量一一对应，且每个所述闭合开关设置在与之对应的所述辅助线圈上，用于接通或断开由所述辅助线圈形成的闭合回路。其中，所述反应腔室还包括控制单元，所述控制单元用于控制所述辅助线圈自身回路结构以设定的频率断开或闭合。其中，在所述反应腔室内，且位于与所述辅助线圈所在区域相对应的位置设置有一层或多层辅助托盘，且所述多层辅助托盘沿竖直方向间隔设置。其中，所述交流电源的频率范围在1K～20KHZ。其中，所述加热线圈包括铜线圈或者紫铜管。其中，所述加热线圈的径向截面的形状包括圆形或者方形。其中，所述辅助线圈所采用的材料包括不锈钢。其中，所述辅助线圈的径向截面的形状包括圆形或者方形。本专利技术还提供一种等离子体加工设备，包括反应腔室，所述反应腔室采用本专利技术提供的上述反应腔室。本专利技术具有下述有益效果：本专利技术提供的反应腔室，其借助设置在加热线圈的顶端上方和/或底端下方的自身采用闭合回路结构的辅助线圈，用以在加热线圈通入交流电时形成感应磁场，由于感应磁场的磁场方向永远与交变磁场的磁场方向相反，这使得感应磁场会对加热线圈形成的交变磁场产生排斥作用，可以在一定程度上调整由加热线圈形成的交变磁场的分布，使得交变磁场的磁力线在每层托盘的径向方向上分布均匀，因而可以使各层托盘的径向温度趋于均匀，从而可以提高被加工工件温度的均匀性，进而可以提高工艺质量和良品率。本专利技术提供的等离子体加工设备，其通过采用本专利技术提供的反应腔室，可以提高被加工工件温度的均匀性，从而可以提高工艺质量和良品率。附图说明图1为现有的MOCVD设备的结构简图；图2为图1中MOCVD设备的磁场分布图；图3为本专利技术第一实施例提供的反应腔室的结构简图；图4为图3中反应腔室内的磁场分布图；以及图5为本专利技术第二实施例提供的反应腔室的结构简图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术提供的反应腔室及等离子体加工设备进行详细描述。图3为本专利技术第一实施例提供的反应腔室的结构简图。图4为图3中反应腔室内的磁场分布图。请一并参阅图3和图4，在反应腔室10内设置有采用导磁材料制作的多层托盘101，且沿竖直方向间隔设置，用以承载被加工工件；并且，反应腔室10包括加热单元，用以对托盘101进行加热，加热单元包括交流电源（图中未示出）、环绕设置在反应腔室10的侧壁外侧的加热线圈102和辅助线圈103，其中加热线圈102位于与多层托盘101所在区域相对应的位置，且与交流电源连接，用以采用感应加热的方式对托盘101进行加热，从而间接加热被加工工件，具体地，加热线圈102与交流电源电连接，用以在交流电源接通时在反应腔室10内，且对应于加热线圈102所在的区域形成交变磁场B，交变磁场B在采用导磁材料制作的托盘102内产生涡电流使得托盘101的温度升高，从而实现对托盘101进行加热，进而间接的加热被加工工件。优选地，交流电源的频率范围在1～20KHz。另外，加热线圈102包括采用铜线圈或者紫铜管绕制，并且加热线圈102的横截面的形状包括诸如圆形或者方形等的任意形状。辅助线圈103位于加热线圈102的顶端上方和底端下方，辅助线圈103自身采用闭合回路结构，用以在加热线圈102通入交流电时形成感应磁场，具体地，加热线圈102通入交流电时在闭合的辅助线圈103内形成感应电流，该感应电流在反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有采用导磁材料制作的多层托盘，且沿竖直方向间隔设置，用以承载被加工工件；并且，所述反应腔室包括加热单元，用以对所述托盘进行加热，其特征在于，所述加热单元包括交流电源、环绕设置在所述反应腔室的侧壁外侧的加热线圈和辅助线圈，其中所述加热线圈位于与所述多层托盘所在区域相对应的位置，且与所述交流电源连接，用以采用感应加热的方式对所述托盘进行加热；所述辅助线圈位于所述加热线圈的顶端上方和/或底端下方，所述辅助线圈自身采用闭合回路结构，用以在所述加热线圈通入交流电时形成感应磁场，所述感应磁场用于调整由所述加热线圈形成的交变磁场的分布，以使各层所述托盘的径向温度趋于均匀。

【技术特征摘要】
1.一种反应腔室，在所述反应腔室内设置有采用导磁材料制作的多层托盘，且沿竖直方向间隔设置，用以承载被加工工件；并且，所述反应腔室包括加热单元，用以对所述托盘进行加热，其特征在于，所述加热单元包括交流电源、环绕设置在所述反应腔室的侧壁外侧的加热线圈和辅助线圈，其中所述加热线圈位于与所述多层托盘所在区域相对应的位置，且与所述交流电源连接，用以采用感应加热的方式对所述托盘进行加热；所述辅助线圈位于所述加热线圈的顶端上方和底端下方，所述辅助线圈自身采用闭合回路结构，用以在所述加热线圈通入交流电时形成感应磁场，所述感应磁场用于调整由所述加热线圈形成的交变磁场的分布，以使各层所述托盘的径向温度趋于均匀。2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，位于所述加热线圈的顶端上方的所述辅助线圈的数量为一个或者多个，多个所述辅助线圈彼此独立，且每个所述辅助线圈为螺旋缠绕的至少一匝的闭合线圈，和/或位于所述加热线圈的底端下方的所述辅助线圈的数量为一个或者多个，多个所述辅助线圈彼此独立，且每个所述辅助线圈为螺旋缠绕的至少一匝的闭合线圈。3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室还包括闭合开关，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董志清，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11