一种用于半导体设备的快速加热装置的制作方法

1.本发明属于半导体设备技术领域，具体地涉及一种用于半导体设备的快速加热装置。


背景技术：

2.目前在半导体设备中，有些工艺需要对晶圆（wafer）进行快速加热，例如对于快速热处理（rtp）工艺，经常会用数百甚至上千个灯具来对晶圆进行加热，这些灯具以某种阵列的方式排布在灯箱中。现有技术中的加热装置例如申请公开号为cn1645575a的中国发明专利中所示的结构，亦如本说明书附图2所示，大体呈圆柱形的现有灯具a在灯箱中以类似蜂巢状的方式均匀地平行并排设置。
3.目前常用的此类加热装置的灯箱通常是一体式结构的，如果其内部某个位置由于制造或使用等方面的原因，在工作过程中出现缺陷或问题，就会造成整个灯箱报废或失效。此外，灯箱正对晶圆的面为平面，灯具是以垂直晶圆的方向放置在灯箱中，为了实现晶圆边缘与其他部位的温度一致性，灯具覆盖面通常比晶圆大出一部分。因而，现有的此种整体式灯箱的灯具数量较多，制造困难，不便于或根本无法维修，并且占用空间大，导致半导体设备腔室和机台的占地面积也较大。


技术实现要素：

4.基于现有技术存在的技术问题，本发明提供一种用于半导体设备的快速加热装置，解决现有加热装置灯箱制造困难，难以维修，并且占用空间大的问题，同时保证不降低晶圆的加热温度及均匀性。
5.依据本发明的技术方案，本发明提供了一种用于半导体设备的快速加热装置，其通过灯具对半导体设备中的晶圆进行加热，包括有中间灯箱和设置于中间灯箱外围的边缘灯箱，中间灯箱中设有若干中间灯具，边缘灯箱中设置有若干边缘灯具；边缘灯具与半导体设备中的晶圆所在平面的垂直距离小于中间灯具与半导体设备中的晶圆所在平面的垂直距离；越靠外侧的边缘灯具与半导体设备中的晶圆所在平面的垂直距离越小；中间灯箱正对半导体设备中的晶圆，中间灯具覆盖的范围与半导体设备中的晶圆相匹配；中间灯具的朝向垂直于半导体设备中的晶圆；边缘灯具的朝向为朝半导体设备中的晶圆的边缘倾斜。
6.进一步地，中间灯箱和边缘灯箱在朝向半导体设备中的晶圆的一侧面设置有密封板；密封板的中间部分与中间灯箱相对应、贴合地密封连接，且平行于半导体设备中的晶圆。密封板的边缘部分与边缘灯箱相对应、贴合地密封连接，且倾斜于半导体设备中的晶圆。
7.优选地，中间灯箱在朝外的侧面突出设置有第一搭接部，边缘灯箱在朝内的侧面突出设置有第二搭接部，中间灯箱和边缘灯箱通过第一搭接部和第二搭接部相配合地搭接密封连接。
8.优选地，中间灯箱上开设有若干中间灯具容纳孔，中间灯具一一对应地位于中间
灯具容纳孔内。中间灯箱在背向半导体设备中的晶圆的一侧设置有中间灯座基板，中间灯具与中间灯座基板相连接。边缘灯箱上开设有若干边缘灯具容纳孔，边缘灯具一一对应地位于边缘灯具容纳孔内；边缘灯箱在背向半导体设备中的晶圆的一侧设置有边缘灯座基板，边缘灯具与边缘灯座基板相连接。
9.优选地，中间灯箱内的中间灯具之间，以及边缘灯箱内的边缘灯具之间，均设置有冷却通道。
10.优选地，中间灯箱和边缘灯箱为相互独立的两个灯箱；边缘灯箱呈环形，套设在中间灯箱外。
11.进一步地，半导体设备具有腔室，腔室内通过转子转动连接有支撑环，支撑环上通过边缘环支撑半导体设备中的晶圆；腔室在半导体设备中的晶圆上方的位置还设置有进气通道和出气通道；本发明的用于半导体设备的快速加热装置位于腔室上方，密封板与腔室的侧壁密封连接并形成腔室的顶部。
12.与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：1、本发明的快速加热装置采用具有相互独立的中间灯具和边缘灯具的分体式结构，解决了现有整体式灯箱制造困难的问题，降低了灯箱加工和焊接的工艺风险。
13.2、本发明的快速加热装置中边缘灯具更靠近半导体设备中的晶圆，从而实现在保证半导体设备中的晶圆加热温度及加热效果均匀性基本不变的情况下，减少加热灯具的数量，有助于降低设备制造和维护成本。
14.3、本发明的快速加热装置占用空间更小，有助于优化缩小腔室和机台的占地空间，提高机台的竞争优势。
附图说明
15.图1是本发明一实施例的结构示意图。
16.图2是现有一种半导体设备加热装置的结构示意图。
17.附图中的附图标记说明：1、中间灯箱；2、边缘灯箱；3、中间灯具；4、边缘灯具；5、密封板；6、第一搭接部；7、第二搭接部；8、中间灯具容纳孔；9、中间灯座基板；10、边缘灯具容纳孔；11、边缘灯座基板；12、冷却通道；13、腔室；14、转子；
15、支撑环；16、边缘环；17、进气通道；18、出气通道；w、半导体设备中的晶圆；a、现有灯具。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
20.需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
21.需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
22.本发明涉及一种用于半导体设备的快速加热装置，属于半导体设备技术领域，其通过灯具对半导体设备中的晶圆进行加热，包括有中间灯箱和设置于中间灯箱外围的边缘灯箱，中间灯箱中设有若干中间灯具，边缘灯箱中设置有若干边缘灯具；边缘灯具与半导体设备中的晶圆所在平面的垂直距离小于中间灯具与半导体设备中的晶圆所在平面的垂直距离。本发明解决了现有整体式灯箱制造困难的问题，降低了灯箱加工和焊接的工艺风险，并且在保证半导体设备中的晶圆加热温度及加热效果均匀性基本不变的情况下，减少了加热灯具的数量，有助于降低设备制造和维护成本，更有助于优化缩小腔室和机台的占地空间。
23.具体地，本发明提供了一种用于半导体设备的快速加热装置，其通过灯具对半导体设备中的晶圆进行加热，包括有中间灯箱和设置于中间灯箱外围的边缘灯箱，中间灯箱中设有若干中间灯具，边缘灯箱中设置有若干边缘灯具；边缘灯具与半导体设备中的晶圆所在平面的垂直距离小于中间灯具与半导体设备中的晶圆所在平面的垂直距离；越靠外侧的边缘灯具与半导体设备中的晶圆所在平面的垂直距离越小；中间灯箱正对半导体设备中的晶圆，中间灯具覆盖的范围与半导体设备中的晶圆相匹配；中间灯具的朝向垂直于半导体设备中的晶圆；边缘灯具的朝向为朝半导体设备中的晶圆的边缘倾斜。
24.进一步地，中间灯箱和边缘灯箱在朝向半导体设备中的晶圆的一侧面设置有密封板；密封板的中间部分与中间灯箱相对应、贴合地密封连接，且平行于半导体设备中的晶圆。密封板的边缘部分与边缘灯箱相对应、贴合地密封连接，且倾斜于半导体设备中的晶圆。
25.优选地，中间灯箱在朝外的侧面突出设置有第一搭接部，边缘灯箱在朝内的侧面突出设置有第二搭接部，中间灯箱和边缘灯箱通过第一搭接部和第二搭接部相配合地搭接
密封连接。
26.优选地，中间灯箱上开设有若干中间灯具容纳孔，中间灯具一一对应地位于中间灯具容纳孔内。中间灯箱在背向半导体设备中的晶圆的一侧设置有中间灯座基板，中间灯具与中间灯座基板相连接。边缘灯箱上开设有若干边缘灯具容纳孔，边缘灯具一一对应地位于边缘灯具容纳孔内；边缘灯箱在背向半导体设备中的晶圆的一侧设置有边缘灯座基板，边缘灯具与边缘灯座基板相连接。
27.优选地，中间灯箱内的中间灯具之间，以及边缘灯箱内的边缘灯具之间，均设置有冷却通道。
28.优选地，中间灯箱和边缘灯箱为相互独立的两个灯箱；边缘灯箱呈环形，套设在中间灯箱外。
29.进一步地，半导体设备具有腔室，腔室内通过转子转动连接有支撑环，支撑环上通过边缘环支撑半导体设备中的晶圆；腔室在半导体设备中的晶圆上方的位置还设置有进气通道和出气通道；本发明的用于半导体设备的快速加热装置位于腔室上方，密封板与腔室的侧壁密封连接并形成腔室的顶部。
30.下面结合附图，对本发明的用于半导体设备的快速加热装置进行详细说明。
31.首先请参阅图2，现有的一种半导体设备中，在设备腔室上方设有灯箱，该现有灯箱例如呈圆柱状，下端面为平面，现有灯具a在灯箱中以类似蜂巢状的方式均匀地平行并排设置。现有灯具a覆盖的面积必须要大于晶圆w，才能保证半导体设备中的晶圆w边缘位置与中心位置受到的热辐射强度基本一致，否则，加热会不均匀，导致工艺处理效果差。但采用此种结构导致灯具数量较多，占地面积大，大面积的灯箱难于制造和维修，整体成本较高。本发明从此角度出发，设计出了一套分体式的快速加热装置，有助于解决上述现有技术方案所面临的难题，可提高机台的竞争优势。
32.请参阅图1，本发明一实施例的一种用于半导体设备的快速加热装置，与现有技术类似地，其采用灯具方式对半导体设备中的晶圆w进行加热，主要改进点之一在于，其包括有中间灯箱1和设置于中间灯箱1外围的边缘灯箱2，中间灯箱1中均布设有若干中间灯具3，边缘灯箱2中均布设置有若干边缘灯具4；边缘灯具4与半导体设备中的晶圆w所在平面的垂直距离小于中间灯具3与半导体设备中的晶圆w所在平面的垂直距离。
33.上述改进的技术原理可以理解为，在现有结构基础上，保证半导体设备中的晶圆w正上方空间不变的前提下，只是将半导体设备中的晶圆w侧上方的灯具加热丝与半导体设备中的晶圆w之间的距离缩短；根据热辐射规律可知，热辐射强度与辐射距离的两次方成反比，因此缩短灯具与半导体设备中的晶圆w的辐射距离可以提高半导体设备中的晶圆w表面的热辐射强度，即提高半导体设备中的晶圆w表面的加热温度，从而能够在半导体设备中的晶圆w边缘位置采用较少的灯具，实现基本相同的加热效果。因此本发明在保持半导体设备中的晶圆w现有加热要求的情况下，可减少外侧灯具的数量，缩小灯箱面积，缩小半导体设备中的晶圆w所在截面的腔室面积，减小腔室体积，并缩小机台的占地空间。此外，相对于整体式灯箱，采用分体式灯箱可显著降低加工和制造难度，并且便于维修更换。
34.优选实施方式中，越靠外侧的边缘灯具4与半导体设备中的晶圆w所在平面的垂直距离越小，例如将边缘灯具4设置在一斜面上。中间灯箱1正对半导体设备中的晶圆w，中间灯具3覆盖的范围与半导体设备中的晶圆w相匹配。中间灯具3的朝向垂直于半导体设备中
的晶圆w；边缘灯具4的朝向不垂直于半导体设备中的晶圆w，且为向内朝向半导体设备中的晶圆w的边缘倾斜。
35.更具体而言，中间灯箱1上开设有若干中间灯具容纳孔8，中间灯具3一一对应地位于中间灯具容纳孔8内。中间灯箱1在背向半导体设备中的晶圆w的一侧设置有中间灯座基板9，中间灯具3与中间灯座基板9相连接。边缘灯箱2上开设有若干边缘灯具容纳孔10，边缘灯具4一一对应地位于边缘灯具容纳孔10内。边缘灯箱2在背向半导体设备中的晶圆w的一侧设置有边缘灯座基板11，边缘灯具4与边缘灯座基板11相连接。中间灯座基板9和边缘灯座基板11相互独立。中间灯箱1内的中间灯具3中间灯具容纳孔8之间，以及边缘灯箱2内的边缘灯具4边缘灯具容纳孔10之间，均设置有冷却通道12，用于保护灯具及延长灯具的使用寿命。冷却通道12具有输入口和输出口，并在其中通入有冷却剂（如冷却水），对所在的一个独立的灯箱中的灯具进行冷却降温；或者冷却通道12相连接成冷却网络，冷却剂在中间灯箱1和边缘灯箱2中整体流动冷却。
36.中间灯箱1和边缘灯箱2在朝向半导体设备中的晶圆w的一侧面设置有密封板5。密封板5的中间部分与中间灯箱1相对应、贴合地密封连接，且平行于半导体设备中的晶圆w；密封板5的边缘部分与边缘灯箱2相对应、贴合地密封连接，且倾斜于半导体设备中的晶圆w。密封板5整体呈向上凸起的圆台或棱台状，中间平、四周倾斜，以与中间灯箱1和边缘灯箱2的端面相匹配。密封板5的作用包括对灯箱进行密封，将灯具、电路及冷却通道12与半导体设备的腔室13阻隔，以及提高加热的均匀性等。
37.优选地，中间灯箱1和边缘灯箱2为相互独立的两个灯箱，中间灯箱1整体呈圆柱状，边缘灯箱2整体呈环形，下端面为斜面（圆锥台面），套设在中间灯箱1外，此种方式在具有分体式结构便于生产、维护的同时，安装较为便捷。可以想到的是，例如可选的另一实施方式中，边缘灯箱2为多个块状，由多个边缘灯箱2共同拼接成上述环形；再一实施方式中，边缘灯箱2为多个细环形，由内而外依次套设，并且越靠外侧的高度越低，下端面可为平面或斜面，边缘灯具4可为竖直设置或倾斜设置；或者，又一实施方式中，中间灯箱1由多个灯箱拼接而成；等，其他类似的结构均可。
38.中间灯箱1在朝外的侧面突出设置有第一搭接部6，边缘灯箱2在朝内的侧面突出设置有第二搭接部7，中间灯箱1和边缘灯箱2通过第一搭接部6和第二搭接部7相配合地搭接密封连接。优选地，在第一搭接部6和/或第二搭接部7相对的表面开设有整体呈环形（与灯箱的情况相对应，为完整环形或具有间断的环形）的密封圈槽，并在其中嵌入设置有o型密封圈，o型密封圈套设于中间灯箱1外；在第一搭接部6和第二搭接部7上还周向均匀地开设有若干相贯通的螺栓连接孔，在其中穿入设置有连接螺栓；从而将第一搭接部6和第二搭接部7从上下两侧夹紧固定，o型密封圈紧贴设置在二者中间，从而形成稳定的密封连接结构。
39.本发明所适用的半导体设备例如rtp加热设备，其具有可抽真空的腔室13，腔室13内通过转子14转动连接有支撑环15，支撑环15上通过边缘环16支撑半导体设备中的晶圆w至合适的工艺位置，转子14带动支撑环15与半导体设备中的晶圆w一起旋转，提高灯具对半导体设备中的晶圆w加热的温度均匀性。腔室13在半导体设备中的晶圆w上方的位置还设置有进气通道17和出气通道18，工艺气体通过进气通道17进入腔室13中，为半导体设备中的晶圆w提供适合流量和压力的工艺气体，在腔室13中经过工艺反应后从出气通道18中流出。
本发明的快速加热装置位于腔室13上方，密封板5与腔室13的侧壁密封连接并形成腔室13的顶部。
40.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种用于半导体设备的快速加热装置，其通过灯具对半导体设备中的晶圆（w）进行加热，其特征在于，包括有中间灯箱（1）和设置于中间灯箱（1）外围的边缘灯箱（2），中间灯箱（1）中设有若干中间灯具（3），边缘灯箱（2）中设置有若干边缘灯具（4）；边缘灯具（4）与晶圆（w）所在平面的垂直距离小于中间灯具（3）与晶圆（w）所在平面的垂直距离；越靠外侧的边缘灯具（4）与半导体设备中的晶圆（w）所在平面的垂直距离越小；中间灯箱（1）正对半导体设备中的晶圆（w），中间灯具（3）覆盖的范围与半导体设备中的晶圆（w）相匹配；中间灯具（3）的朝向垂直于半导体设备中的晶圆（w）；边缘灯具（4）的朝向为朝半导体设备中的晶圆（w）的边缘倾斜。2.如权利要求1所述的用于半导体设备的快速加热装置，其特征在于，中间灯箱（1）和边缘灯箱（2）在朝向半导体设备中的晶圆（w）的一侧面设置有密封板（5）；密封板（5）的中间部分与中间灯箱（1）相对应、贴合地密封连接，且平行于半导体设备中的晶圆（w）；密封板（5）的边缘部分与边缘灯箱（2）相对应、贴合地密封连接，且倾斜于半导体设备中的晶圆（w）。3.如权利要求2所述的用于半导体设备的快速加热装置，其特征在于，中间灯箱（1）在朝外的侧面突出设置有第一搭接部（6），边缘灯箱（2）在朝内的侧面突出设置有第二搭接部（7）。4.如权利要求3所述的用于半导体设备的快速加热装置，其特征在于，中间灯箱（1）和边缘灯箱（2）通过第一搭接部（6）和第二搭接部（7）相配合地搭接密封连接。5.如权利要求1所述的用于半导体设备的快速加热装置，其特征在于，中间灯箱（1）上开设有若干中间灯具容纳孔（8），中间灯具（3）一一对应地位于中间灯具容纳孔（8）内。6.如权利要求5所述的用于半导体设备的快速加热装置，其特征在于，中间灯箱（1）在背向半导体设备中的晶圆（w）的一侧设置有中间灯座基板（9），中间灯具（3）与中间灯座基板（9）相连接。7.如权利要求6所述的用于半导体设备的快速加热装置，其特征在于，边缘灯箱（2）上开设有若干边缘灯具容纳孔（10），边缘灯具（4）一一对应地位于边缘灯具容纳孔（10）内；边缘灯箱（2）在背向半导体设备中的晶圆（w）的一侧设置有边缘灯座基板（11），边缘灯具（4）与边缘灯座基板（11）相连接。8.如权利要求1-2中任意一项所述的用于半导体设备的快速加热装置，其特征在于，中间灯箱（1）内的中间灯具（3）之间，以及边缘灯箱（2）内的边缘灯具（4）之间，均设置有冷却通道（12）。9.如权利要求1-2中任意一项所述的用于半导体设备的快速加热装置，其特征在于，中间灯箱（1）和边缘灯箱（2）为相互独立的两个灯箱；边缘灯箱（2）呈环形，套设在中间灯箱（1）外。10.如权利要求1-2中任意一项所述的用于半导体设备的快速加热装置，其特征在于，半导体设备具有腔室（13），腔室（13）内通过转子（14）转动连接有支撑环（15），支撑环（15）上通过边缘环（16）支撑半导体设备中的晶圆（w）；腔室（13）在半导体设备中的晶圆（w）上方的位置还设置有进气通道（17）和出气通道（18）；用于半导体设备的快速加热装置位于腔室（13）上方，密封板（5）与腔室（13）的侧壁密封连接并形成腔室（13）的顶部。

技术总结
本发明提供一种用于半导体设备的快速加热装置，属于半导体设备技术领域，其通过灯具对半导体设备中的晶圆进行加热；用于半导体设备的快速加热装置包括有中间灯箱和设置于中间灯箱外围的边缘灯箱，中间灯箱中设有若干中间灯具，边缘灯箱中设置有若干边缘灯具；边缘灯具与晶圆所在平面的垂直距离小于中间灯具与晶圆所在平面的垂直距离。本发明解决了现有整体式灯箱制造困难的问题，降低了灯箱加工和焊接的工艺风险，并且在保证晶圆加热温度及加热效果均匀性基本不变的情况下，减少了加热灯具的数量，有助于降低设备制造和维护成本，更有助于优化缩小腔室和机台的占地空间，提高机台的竞争优势。台的竞争优势。台的竞争优势。


技术研发人员：何金群 贾海立 于小杰 刘闻敏
受保护的技术使用者：盛吉盛半导体科技（北京）有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/7/20