CN103160806B - 进气系统、腔室装置和基片处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进气系统、腔室装置和基片处理设备。所述进气系统通过同步调整进气管轴向上间隔分布的多组气体分配孔中每一组气体分配孔的开口尺寸，以控制所述气体分配孔的通气量，进而调节腔室装置内的温度。所述腔室装置包括：腔室本体，腔室本体内限定有工艺腔，腔室本体内设有通过形成在腔室本体的内壁上的排气口与工艺腔连通且通过形成在腔室本体外壁上的出气口与外界连通的排气通道；多层托盘，多层托盘沿竖直方向间隔开设置，用于放置基片；和进气系统，进气系统为根据本发明的进气系统，其中所述进气系统的进气管的第一端与外部气源相通且第二端插入到所述工艺腔内，其中所述多组气体分配孔与所述多层托盘一一对应。

Description

进气系统、腔室装置和基片处理设备

技术领域

本发明涉及半导体生产领域，特别是涉及一种进气系统、腔室装置和基片处理设备。

背景技术

腔室装置是基片处理设备最核心的硬件，也是基片处理设备的设计中研究较多的领域。为了生长出优质的外延片，各设备厂商在腔室装置的结构设计上不断进行改进，设计出很多种不同结构的腔室装置。从托盘的布置形式上来分类，可以分为单层托盘式腔室装置和多层托盘式腔室装置。

然而，由于考虑到加热温度，托盘一般采用石墨材料制成，但是受石墨材料加工难度的限制，托盘尺寸不易做大，这使得单层托盘结构的反应腔室单批次容量受到很大限制。因此，多层托盘结构的腔室装置受到关注。

此外，在基片处理过程中，有一些影响基片处理品质的重要的工艺参数，如压力、温度、气体浓度和气体滞留时间等。而进气系统和排气系统的设计对于控制腔室装置内的压力、气体滞留时间会有很大的影响。对于温度分布而言，反应腔内的温度受加热方式、热辐射和热对流等条件的影响，在加热方式固定的情况下，由于反应腔外环境温度低于反应腔内，进气端气体温度低于反应腔内温度，进气系统和排气系统的设计能够在一定程度上通过控制热辐射和热对流等方式来影响反应腔内尤其是承载基片的托盘表面温度均匀性。

在现有的多托盘式腔室装置中的进气和排气系统的结构为：工艺气体从中央进气管路进入，并通过多组位于进气管周向的气体分配孔进入反应腔室，并沿多层托盘的表面水平流动；反应后气体通过四周排气口汇集到底部排气管路而离开反应腔。

上述结构中，由于气体分配孔的尺寸固定，因此难以调节腔室装置内的温度分布、难以对腔室装置内的工艺参数进行调节和优化。

发明内容

本发明旨在提供一种进气系统、腔室装置和基片处理设备，以解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种气体分配孔的尺寸可调节的腔室装置的进气系统。

本发明的另一个目的在于提出一种温度分布可调节的腔室装置。

本发明的再一个目的在于提出一种基片处理设备。

为了实现上述目的，根据本发明第一方面实施例的腔室装置的进气系统，通过同步调整进气管轴向上间隔分布的多组气体分配孔中每一组气体分配孔的开口尺寸，以控制所述气体分配孔的通气量，进而调节腔室装置内的温度。

根据本发明的一个实施例，腔室装置的进气系统包括：进气管，所述进气管的第一端敞开且第二端封闭，在所述进气管的轴向上间隔开地设有多组气体分配孔，每一组所述气体分配孔包括沿所述进气管的周向分布的多个气体分配孔；和调节机构，所述调节机构可移动地设在所述进气管内，所述调节机构包括沿所述进气管的轴向间隔开的多个调节元件且相邻调节元件之间通过连接条相互串联连接，每个所述调节元件与所述多组气体分配孔中的一组对应，用于由所述调节机构的移动来调节所述气体分配孔的通气面积。

根据本发明实施例的腔室装置的进气系统，通过在进气管内设置可移动的调节机构，并通过所述调节机构相对于所述进气管的移动可以实现对所述进气管上的气体分配孔的开口大小的调节。由此，在将其用于腔室装置进行基片处理时，可以通过调节气体流量的方式来调节腔室装置内的温度分布。

根据本发明的一个实施例，所述进气管为圆管且所述多个调节元件为圆筒体，所述圆筒体的外径小于所述进气管的内径，所述多个调节元件相对于所述进气管可沿竖直方向滑动。

根据本发明的一个实施例，所述进气管为圆管，每个所述调节元件为圆筒体，沿所述圆筒体的周向设有一组通气孔，所述一组通气孔中的每个通气孔与所述一组气体分配孔中的每个气体分配孔一一对应且形状相同面积相等，随着所述调节机构的移动使所述通气孔相对于所对应的气体分配孔在完全重合的第一位置与错位的第二位置之间移动。

优选地，所述调节机构绕竖直方向可旋转地设在所述进气管内。

优选地，所述调节机构可上下滑动地设在所述进气管内。

根据本发明的一个实施例，所述调节元件由经过表面处理的不锈钢、铝合金或石英形成，所述表面处理包括氧化、喷砂。

此外，根据本发明第二方面实施例的腔室装置包括：腔室本体，所述腔室本体内限定有工艺腔，所述腔室本体内设有排气通道，所述排气通道通过形成在所述腔室本体的内壁上的排气口与所述工艺腔连通且通过形成在腔室本体外壁上的出气口与外界连通；多层托盘，所述多层托盘沿竖直方向间隔开设置，用于放置基片；和进气系统，所述进气系统为根据本发明第一方面任一项所述的腔室装置的进气系统，其中所述进气系统的进气管的第一端与外部气源相通且第二端插入到所述工艺腔内，其中所述多组气体分配孔与所述多层托盘一一对应。

根据本发明的一个实施例，所述排气口为多组，所述多组排气口分别与所述多层托盘一一对应。

根据本发明的一个实施例，腔室装置还包括感应加热线圈，所述感应加热线圈围绕所述腔室本体外面设置。

此外，根据本发明第三方面实施例的基片处理设备。包括根据本发明第二方面任一实施例的腔室装置。

优选地，所述基片处理设备为MOCVD设备。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的腔室装置的结构示意图；

图2a至图2c是根据本发明一个实施例的进气系统中调节元件调节气体分配孔尺寸的过程的示意图，其中：图2a中调节元件的下端位于气体分配孔的上端附近，图2b中调节元件的下端位于气体分配孔的中部附近，图2c中调节元件的下端移动至气体分配孔的底部附近；和

图3a至图3c是根据本发明另一个实施例的进气系统中调节元件调节气体分配孔尺寸的过程的示意图，其中：图3a中调节元件中的通气孔与对应的气体分配孔完全重合，图3b中调节元件旋转至通气孔与对应的气体分配孔发生少许错位的位置，图3c中调节元件旋转至通气孔与对应的气体分配孔重合的面积进一步减小的位置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面参考附图描述根据本发明实施例的腔室装置及其进气系统。

如图1所示，根据本发明实施例的腔室装置包括腔室本体200、多层托盘300和进气系统100。

其中，腔室本体200内限定有工艺腔，腔室本体200内设有排气通道210，排气通道210通过形成在腔室本体200的内壁上的排气口211与所述工艺腔连通且通过形成在腔室本体外壁上的出气口201与外界连通。多层托盘300沿竖直方向间隔开地设置在所述工艺腔，用于放置基片400。

为了将反应后气体迅速排出工艺腔，如图1所示，排气口211可以为多组，多组排气口211分别与多层托盘300一一对应。

此外，根据基片处理的温度需要，该腔室装置还可以包括感应加热线圈500，感应加热线圈500围绕腔室本体200外面设置。

关于腔室装置中进气系统100，下面参考附图进行详细描述。

如图1所示，根据本发明实施例的进气系统100包括进气管110和调节机构120。

具体而言，进气管110的第一端，即进气端(图1中的上端)敞开，且第二端(图1中的下端)封闭，在进气管110的轴向上(即图1中的竖直方向)间隔开地设有多组气体分配孔111，每一组所述气体分配孔111包括沿进气管110的周向分布的多个气体分配孔111。

调节机构120可移动地设置在进气管110内，调节机构120包括沿进气管110的轴向间隔开的多个调节元件121且相邻调节元件121之间通过连接条122相互串联连接，每个调节元件121与多组气体分配孔111中的一组对应(也就是说1个调节元件121对应于一组气体分配孔111，多组气体分配孔分别对应于多个调节元件，而调节元件121之间的间隔距离等于每组气体分配孔111之间的间隔距离)，用于由调节机构120的移动(例如可以通过驱动电机带动)来调节气体分配孔111的通气面积，由此来调节气体流量(即单位时间内气体的通过量。)如图1所示，在本发明实施例的腔室装置中，进气系统100的进气管110的第一端与外部气源相通且第二端插入到所述工艺腔内，其中多组气体分配孔111与多层托盘300一一对应。

需要说明的是，图中以3层托盘300、3组气体分配孔111以及3个调节元件121为例进行了示例，但本发明并不限于此，可以根据需要来改变托盘300的层数，并相应地改变气体分配孔111的组数以及调节元件121的个数。

根据本发明实施例的进气系统100，通过在进气管110内设置可移动的调节机构120，并通过调节机构120相对于进气管110的移动可以实现对进气管110上的气体分配孔111的开口大小的调节。另外，由于本实施例的进气系统100中，调节机构120中的多个调节元件121采用串联形式连接，因此在相对进气管110移动时，多个调节元件121同步移动，这样可以保证各层托盘的气体分配孔111的开口大小同步变化。由此，在将其用于腔室装置进行基片处理时，可以通过调节进气管110上的气体分配孔111的开口大小以调节进气流量的方式来调节腔室装置内的温度分布。

在本发明的一些实施例中，进气管110为圆管且多个调节元件121为圆筒体121a，圆筒体121a的外径小于进气管110a的内径，多个调节元件121a相对于进气管110a可沿竖直方向滑动。

下面参考图2描述具有该结构的多个调节元件121a通过沿竖直方向滑动来调节气体分配孔111尺寸的过程。图2给出了调节元件121a调节气体分配孔111尺寸的过程的示意图，其中：图2a中调节元件121a的下端位于气体分配孔111的上端附近，图2b中调节元件121a的下端位于气体分配孔111的中部附近，图2c中调节元件121a的下端移动至气体分配孔111的底部附近。

由图2可知，随着调节元件121a向下滑动，调节元件121a不断扩大对气体分配孔111的阻挡，也就是说气体分配孔111的通气面积不断减小，从而使由进气管110通过气体分配孔111流向工艺腔的气体流量不断减少。

由于工艺腔外温度低于工艺腔内温度，进气端气体温度低于反应腔内温度，通过调节低温气体的流量来调节由该低温气体所带走的热量的大小来调节工艺腔内的温度分布。具体地，当气体分配孔111的开口较大时，如图2a所示，由气体分配孔111流向托盘300表面的低温气体的流量较大，从而由低温气体引起的工艺腔内的热量损失较大，因此托盘300表面的温度降低相对较大；当气体分配孔的开口较小时，如图2c所示，由气体分配孔111流向托盘300表面的低温气体的流量较小，从而由低温气体引起的工艺腔内的热量损失较小，因此托盘300表面的温度降低相对较小。由此，通过调节气体分配孔111的开口大小的方式可以在一定范围内调节工艺腔内温度的分布，从而可以根据基片对工艺腔内温度分布的具体要求，通过移动调节元件121的位置来改变气体分配孔111的开口大小。

在本发明的另一些实施例中，进气管110为圆管，每个调节元件121为圆筒体121b且沿周向设有一组通气孔1211，该一组通气孔1211中的每个通气孔1211与一组气体分配孔111中的每个气体分配孔111一一对应且形状相同面积相等，随着调节元件121b的转动(也就是说，随着调节机构120的转动)通气孔1211相对于所对应的气体分配孔111可在完全重合的第一位置(如图3a所示)与错位的第二位置(如图3b和3c所示)之间移动(也就是说，通气孔1211与气体分配孔111相互重合的面积可以变化)。

在本发明的一些示例中，如图3所示，调节机构120沿竖直方向可旋转地设在进气管110内(即调节元件120b沿竖直方向可旋转地设在进气管110内)。

除此之外，在本发明的另一些示例中，调节机构120可上下滑动地设在进气管内。虽然未进行图示，但对于本领域的普通技术人员来说，可以理解的是，通过使调节元件121b上下滑动同样可以改变通气孔1211与气体分配孔111相互重合的面积大小。

根据本发明的一个实施例，调节元件121由经过表面处理的不锈钢、铝合金或石英形成，所述表面处理包括氧化、喷砂。由此，在可以提高调节元件121的使用寿命的同时，还可以防止因工艺气体与调节元件之间的反应引起的污染。

根据本发明实施例的基片处理设备，例如MOCVD设备，包括上述任一实施例中的腔室装置。

根据本发明实施例的基片处理设备，由于其腔室装置中的工艺腔温度分布可调，因此可以根据需要调节基片处理的温度分布，从而有利于提高基片处理品质。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种腔室装置的进气系统，其特征在于，通过同步调整进气管轴向上间隔分布的多组气体分配孔中每一组气体分配孔的开口尺寸，以控制所述气体分配孔的通气量，进而调节腔室装置内的温度，所述腔室装置的进气系统，包括：

进气管，所述进气管的第一端敞开且第二端封闭，在所述进气管的轴向上间隔开地设有多组气体分配孔，每一组所述气体分配孔是沿所述进气管的周向分布；和

调节机构，所述调节机构可移动地设在所述进气管内，所述调节机构包括沿所述进气管的轴向间隔开的多个调节元件且相邻调节元件之间通过连接条相互串联连接，每个所述调节元件与所述多组气体分配孔中的一组对应，用于由所述调节机构的移动来调节所述气体分配孔的通气面积。

2.根据权利要求1所述的腔室装置的进气系统，其特征在于，所述进气管为圆管且所述多个调节元件为圆筒体，所述圆筒体的外径小于所述进气管的内径，所述多个调节元件相对于所述进气管可沿竖直方向滑动。

3.根据权利要求1所述的腔室装置的进气系统，其特征在于，所述进气管为圆管，每个所述调节元件为圆筒体，沿所述圆筒体的周向设有一组通气孔，所述一组通气孔中的每个通气孔与所述一组气体分配孔中的每个气体分配孔一一对应且形状相同面积相等，随着所述调节机构的移动使所述通气孔相对于所对应的气体分配孔在完全重合的第一位置与错位的第二位置之间移动。

4.根据权利要求3所述的腔室装置的进气系统，其特征在于，所述调节机构沿竖直方向可旋转地设在所述进气管内。

5.根据权利要求3所述的腔室装置的进气系统，其特征在于，所述调节机构可上下滑动地设在所述进气管内。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的腔室装置的进气系统，其特征在于，所述调节元件由经过表面处理的不锈钢、铝合金或石英形成，所述表面处理包括氧化、喷砂。

7.一种腔室装置，其特征在于，包括：

腔室本体，所述腔室本体内限定有工艺腔，所述腔室本体内设有排气通道，所述排气通道通过形成在所述腔室本体的内壁上的排气口与所述工艺腔连通且通过形成在腔室本体外壁上的出气口与外界连通；

多层托盘，所述多层托盘沿竖直方向间隔开地设置在所述工艺腔内，用于放置基片；和

进气系统，所述进气系统是根据权利要求1-6中任一项所述的腔室装置的进气系统，其中所述进气系统的进气管的第一端与外部气源相通且第二端插入到所述工艺腔内，其中所述多组气体分配孔与所述多层托盘一一对应。

8.根据权利要求7所述的腔室装置，其特征在于，所述排气口为多组，所述多组排气口分别与所述多层托盘一一对应。

9.根据权利要求8所述的腔室装置，其特征在于，还包括感应加热线圈，所述感应加热线圈围绕所述腔室本体外面设置。

10.一种基片处理设备，其特征在于，包括根据权利要求7-9中任一项所述的腔室装置。

11.根据权利要求10所述的基片处理设备，其特征在于，所述基片处理设备为MOCVD设备。