CN102270566A - 反应腔室的密封装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应腔室的密封装置及方法，涉及半导体生产装置技术领域，所述装置包括工艺管(1)、工艺板(2)、密封气体供应单元(6)和气压控制单元(5)。本发明通过设置气压控制单元通过调节凹槽内密封气体的压力，以实现所述反应腔室内工艺气体的压力与所述凹槽内密封气体的压力平衡，从而保证所述反应腔室内工艺气体不会泄露出来，同时也控制所述凹槽内密封气体的压力大于外界气体的压力，防止外部气体进入所述凹槽，解决了在高温的处理工艺中对反应腔室进行有效的密封的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体生产装置技术领域，特别涉及一种反应腔室的密封装置及方法。
背景技术
在半导体生产中，经常需要经过热处理工序。这些热处理工序包含退火和成膜工艺，而这些工艺都要求反应腔室气体氛围的纯净度。因此当晶片在反应腔室进行热处理工艺的过程中，需要将反应腔室与外部进行有效的隔离和密封。
在传统的半导体生产设备中，工艺门的密封都是采用密封圈的压缩来保证反应腔室与外界的隔离，在某些中高温设备中，同样也有采用密封圈的密封方式进行密封，并且采用耐高温的密封圈和利用冷却装置对密封圈所在位置进行冷却来起到保护密封圈的目的。
但是，由于晶片某些热处理工艺的需求，部分工艺需要在高温下进行，某些热处理工艺温度甚至会达到或者超过1200摄氏度。在这类高温的处理工艺中，如果采用密封圈加水冷的方式来对反应腔室进行密封，密封圈位置的温度依然比较高，即使选用耐高温密封圈，但是其耐温极限一般是在300摄氏度左右，采用这种方式，水冷装置很难保证密封圈所在位置的温度在300摄氏度以下。因此，在高温工艺下，这种密封方式密封圈的寿命较短，不能完全满足高温热处理工艺的需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何解决在高温的处理工艺中对反应腔室进行有效的密封的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种反应腔室的密封装置，所述密封装置包括：工艺管、工艺板、密封气体供应单元和气压控制单元，所述工艺管的管口垂直向下，所述工艺管的管口外沿处设置有与所述工艺管一体的法兰，所述工艺板通过所述法兰与所述工艺管连接，所述法兰在与所述工艺板接触的底面上沿所述工艺管的管口一周设有凹槽，所述法兰上设有进气管道，所述进气管道的一端与所述凹槽连接，所述进气管道的另一端与所述气压控制单元的一端连接，所述气压控制单元的另一端与所述密封气体供应单元连接。
优选地，所述密封装置还包括：晶片承载装置和保温桶，且均设置于所述工艺管内。
优选地，所述密封装置还包括：支撑架和工艺门装置，所述工艺板设置于所述支撑架上，所述支撑架安装在所述工艺门装置上。
优选地，所述气压控制单元包括：自所述密封气体供应单元向所述进气管道的方向依次连接的调压阀、过滤器、流量计、气动阀、单向阀和压力传感器，以及与所述调压阀、过滤器、流量计、气动阀、单向阀和压力传感器分别连接的控制器。
优选地，所述气压控制单元还包括：手阀，设置于所述调压阀和密封气体供应单元之间。
优选地，所述密封气体供应单元内的密封气体为高纯度的稳定性气体，所述稳定性气体为不会参与工艺反应，且对人没有危害的气体。
优选地，所述工艺管、工艺板、法兰和进气管道均由石英或碳化硅制成。
优选地，所述进气管道与所述气压控制单元之间通过过渡单元连接，所述过渡单元包括自所述进气管道向所述气压控制单元的方向依次连接的过渡管接头、过渡管和密封接头。
本发明还公开了一种基于所述的反应腔室的密封装置的密封方法，包括以下步骤：
S1：工艺板通过法兰安装于工艺管的管口处，工艺板与工艺管之间的空间为反应腔室，工艺门装置上升使工艺板与工艺管紧密接触；
S2：密封气体供应单元中的密封气体依次经过气压控制单元、过渡单元和进气管道，进入凹槽；
S3：所述气压控制单元通过调节所述凹槽内密封气体的压力，以实现所述反应腔室内工艺气体的压力与所述凹槽内密封气体的压力平衡，从而保证所述反应腔室内工艺气体不会泄露出来，同时也控制所述凹槽内密封气体的压力大于外界气体的压力，防止外部气体进入所述凹槽。
(三)有益效果
本发明通过设置气压控制单元通过调节凹槽内密封气体的压力，以实现所述反应腔室内工艺气体的压力与所述凹槽内密封气体的压力平衡，从而保证所述反应腔室内工艺气体不会泄露出来，同时也控制所述凹槽内密封气体的压力大于外界气体的压力，防止外部气体进入所述凹槽，解决了在高温的处理工艺中对反应腔室进行有效的密封的问题。
附图说明
图1是按照本发明一种实施方式的反应腔室的密封装置的结构示意图；
图2是图1中工艺管与工艺板连接处的放大结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1及图2所示，所述密封装置包括：工艺管1、工艺板2、密封气体供应单元6和气压控制单元5，所述工艺管1的管口垂直向下，所述工艺管1部分置于加热器11中，所述工艺管1的管口外延处设置有与所述工艺管1一体的法兰13，所述工艺板2通过所述法兰13与所述工艺管1连接，所述法兰13在与所述工艺板2接触的底面上沿所述工艺管1的管口一周设有凹槽3(优选地，本实施方式中，所述凹槽的横截面为矩形)，所述法兰13上设有进气管道4，所述进气管道4的一端与所述凹槽3连接，所述进气管道4的另一端与所述气压控制单元5的一端连接，所述气压控制单元5的另一端与所述密封气体供应单元6连接。
优选地，所述密封装置还包括：晶片承载装置7和保温桶8，且均设置于所述工艺管1内。
优选地，所述密封装置还包括：支撑架9和工艺门装置10，所述工艺板2设置于所述支撑架9上，所述支撑架9安装在所述工艺门装置10上。
优选地，所述气压控制单元5包括：自所述密封气体供应单元6向所述进气管道4的方向依次连接的调压阀5-1、过滤器5-2、流量计5-3、气动阀5-4、单向阀5-5和压力传感器5-6，以及与所述调压阀5-1、过滤器5-2、流量计5-3、气动阀5-4、单向阀5-5和压力传感器5-6分别连接的控制器。
为防止在所述密封装置不工作时，空气进入管路中造成污染，优选地，所述气压控制单元5还包括：手阀5-7，设置于所述调压阀5-1和密封气体供应单元6之间。
优选地，所述密封气体供应单元6内的密封气体为高纯度的稳定性气体，所述稳定性气体为不会参与工艺反应，并且对人没有危害的气体，例如：氮气、氩气或氦气等，本实施方式中，优选为氮气。
为提高密封装置的耐高温性，优选地，所述工艺管1、工艺板2、法兰13和进气管道4均由石英或碳化硅制成。
优选地，所述进气管道4与所述气压控制单元5之间通过过渡单元12连接，所述过渡单元12包括自所述进气管道4向所述气压控制单元5的方向依次连接的过渡管接头12-1、过渡管12-2和密封接头12-3。
本发明还公开了一种基于所述的反应腔室的密封装置的密封方法，包括以下步骤：
S1：工艺板通过法兰安装于工艺管的管口处，工艺板与工艺管之间的空间为反应腔室，工艺门装置上升使工艺板与工艺管紧密接触；
S2：密封气体供应单元中的密封气体依次经过气压控制单元、过渡单元和进气管道，进入凹槽；
S3：所述气压控制单元通过调节所述凹槽内密封气体的压力，以实现所述反应腔室内工艺气体的压力与所述凹槽内密封气体的压力平衡，从而保证所述反应腔室内工艺气体不会泄露出来，同时也控制所述凹槽内密封气体的压力大于外界气体的压力，防止外部气体进入所述凹槽。
手阀可以对密封气体供应单元进行开启和关闭；调压阀对凹槽内的密封气体进行压力调节，过滤器与调压阀相连，对气体中的颗粒进行过滤；流量计与过滤器连接，对管路的气体流量进行精确控制；气动阀与流量计相连，控制器可以通过控制气动阀来对管路中的密封气体进行开启和关断，从而可以实现自动控制；与流量计相连的依次是单向阀和压力传感器，单向阀可以防止气体回流，压力传感器将测得的压力值反馈给控制器，从而可以实现控制器对密封气体的压力进行实时控制；与压力传感器相连的依次是密封接头、过渡管、过渡管接头和进气管道；密封气体可通过这些管道进入工艺板和工艺管之间的凹槽中；工艺板被支撑架支撑，支撑架被工艺门装置支撑，并且工艺门装置还可以对工艺板施加一定的压紧力，从而保证工艺板与工艺管进行较好的接触，以利于控制装置对凹槽内密封气体的压力和流量进行精确控制，从而实现反应腔室的密封。
本发明通过设置气压控制单元通过调节凹槽内密封气体的压力，以实现所述反应腔室内工艺气体的压力与所述凹槽内密封气体的压力平衡，从而保证所述反应腔室内工艺气体不会泄露出来，同时也控制所述凹槽内密封气体的压力大于外界气体的压力，防止外部气体进入所述凹槽，解决了在高温的处理工艺中对反应腔室进行有效的密封的问题，并且密封可靠，结构简单，不会存在长时间在高温热处理工艺过程中出现密封失效的问题，另外，本发明的密封装置及方法，没有密封面的水冷装置，可以减小冷却水带走的热量，从而可以降低加热器炉口的保温功率，能够保证反应腔室内部的温度均匀性，并且还能够节约能源。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种反应腔室的密封装置，其特征在于，所述密封装置包括：工艺管(1)、工艺板(2)、密封气体供应单元(6)和气压控制单元(5)，所述工艺管(1)的管口垂直向下，所述工艺管(1)的管口外沿处设置有与所述工艺管(1)一体的法兰(13)，所述工艺板(2)通过所述法兰(13)与所述工艺管(1)连接，所述法兰(13)在与所述工艺板(2)接触的底面上沿所述工艺管(1)的管口一周设有凹槽(3)，所述法兰(13)上设有进气管道(4)，所述进气管道(4)的一端与所述凹槽(3)连接，所述进气管道(4)的另一端与所述气压控制单元(5)的一端连接，所述气压控制单元(5)的另一端与所述密封气体供应单元(6)连接。
2.如权利要求1所述的反应腔室的密封装置，其特征在于，所述密封装置还包括：晶片承载装置(7)和保温桶(8)，且均设置于所述工艺管(1)内。
3.如权利要求1所述的反应腔室的密封装置，其特征在于，所述密封装置还包括：支撑架(9)和工艺门装置(10)，所述工艺板(2)设置于所述支撑架(9)上，所述支撑架(9)安装在所述工艺门装置(10)上。
4.如权利要求1所述的反应腔室的密封装置，其特征在于，所述气压控制单元(5)包括：自所述密封气体供应单元(6)向所述进气管道(4)的方向依次连接的调压阀(5-1)、过滤器(5-2)、流量计(5-3)、气动阀(5-4)、单向阀(5-5)和压力传感器(5-6)，以及与所述调压阀(5-1)、过滤器(5-2)、流量计(5-3)、气动阀(5-4)、单向阀(5-5)和压力传感器(5-6)分别连接的控制器。
5.如权利要求4所述的反应腔室的密封装置，其特征在于，所述气压控制单元(5)还包括：手阀(5-7)，设置于所述调压阀(5-1)和密封气体供应单元(6)之间。
6.如权利要求1所述的反应腔室的密封装置，其特征在于，所述密封气体供应单元(6)内的密封气体为高纯度的稳定性气体，所述稳定性气体为不会参与工艺反应，且对人没有危害的气体。
7.如权利要求1所述的反应腔室的密封装置，其特征在于，所述工艺管(1)、工艺板(2)、法兰(13)和进气管道(4)均由石英或碳化硅制成。
8.如权利要求1～7任一项所述的反应腔室的密封装置，其特征在于，所述进气管道(4)与所述气压控制单元(5)之间通过过渡单元(12)连接，所述过渡单元(12)包括自所述进气管道(4)向所述气压控制单元(5)的方向依次连接的过渡管接头(12-1)、过渡管(12-2)和密封接头(12-3)。
9.一种基于权利要求1～8任一项所述的反应腔室的密封装置的密封方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：工艺板通过法兰安装于工艺管的管口处，工艺板与工艺管之间的空间为反应腔室，工艺门装置上升使工艺板与工艺管紧密接触；
S2：密封气体供应单元中的密封气体依次经过气压控制单元、过渡单元和进气管道，进入凹槽；
S3：所述气压控制单元通过调节所述凹槽内密封气体的压力，以实现所述反应腔室内工艺气体的压力与所述凹槽内密封气体的压力平衡，从而保证所述反应腔室内工艺气体不会泄露出来，同时也控制所述凹槽内密封气体的压力大于外界气体的压力，防止外部气体进入所述凹槽。
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