CN104862667B - 对称的气相沉积设备的反应腔体 - Google Patents
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Abstract
一种对称的气相沉积设备的反应腔体，主要包括反应气体输入体、加热器、载片盘、载片盘支撑、反应腔体外壳、加热器、加热器支撑、反应气体通道、腔体底座、尾气排出口，其特征在于所述尾气排出口设置在腔体底座中心位置，腔体底座中间设置一个气腔并且气腔的周身都是冷却腔。本发明的优点是尾气排出口设置在腔体底座中心位置，使得从进气到出气整个结构呈对称分布，保证和提高了反应腔体中气体流动分布的均匀性，尾气通过腔体底座中的气腔，底座气腔周身的冷却面对反应尾气进行冷却，可以使反应尾气充分均匀冷却，减少沉积物的产生和避免反应尾气高温损害尾气处理系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学气相沉积设备，特别涉及一种对称的气相沉积设备的反应腔体。
背景技术
气相沉积技术是利用气相中发生的物理、化学过程，在工件表面形成功能性或装饰性的金属、非金属或化合物涂层。气相沉积设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料、光电子器件制造专用设备。
气相沉积设备结构复杂，反应腔体内部流场均匀性对工艺生长质量的均匀性、一致性有重要影响，现有技术中气相设备为简化设计，通常将尾气抽气口设置在反应腔侧边，然后在反应腔中设置匀流板或匀流槽起到使反应腔内流场均匀的效果，由于在真空泵抽速较大的情况下不容易达到反应腔内流场的极致均匀。另外，有些气相沉积工艺温度通常较高，尾气温度也很高，高温尾气可能会在流过的壁面沉积造成反应腔体污染，尾气高温也会对后续尾气处理系统造成损害或提高其设计要求，增加成本，现有技术会在反应腔壁设置水冷和/或在尾气管路上专门设计冷却气体的管道对气体进行冷却，对反应气体进行冷却然后排出。设计不简洁，同时增加了设备的占地空间与成本。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,进一步提高气相沉积设备反应腔体内的流场均匀性和尾气冷却效果，提供一种中心排气，腔体底部对反应气体进行周身冷却的一种对称的气相沉积设备的反应腔体构架。
本发明的反应腔体设有反应气体输入体1和尾气排气口26，反应腔体内设有反应气体通道12，腔体外壳2和反应腔体内壁3之间设有腔壁冷却腔6，腔壁冷却腔6设有腔壁冷却液入口4和腔壁冷却液出口5，载片盘7设于载片盘支撑11上，载片盘支撑11经载片盘支撑旋转轴承18安装于腔体底座27，加热器9经加热器支撑10安装于载片盘7的下方，驱动磁流体19和磁流体旋转轴20以及传动轮21安装于反应腔体的一侧面，经驱动轮17与载片盘支撑旋转轴承18连接驱动载片盘支撑11旋转，其特征在于所述尾气排气口26设置在腔体底座27的中心位置，腔体底座27中间设有环形气体缓冲腔15与气腔25，气腔25周身分别设置下底座冷却腔28和上底座冷却腔29，下底座冷却腔28与上底座冷却腔29互相连通，气腔25连通缓冲腔15与尾气排气口26，而且气腔25被上底座冷却腔29、下底座冷却腔28包围进行充分均匀的冷却。腔体底座27设有环形通道13，反应气体通道12经过环形通道13、环形气体缓冲腔15连接腔体底座27的气腔25，尾气排气口26尾气排气口26与气腔25相连，环形气体缓冲腔15内设有圆周均匀分布的穿过冷却腔24并连接气腔25的通道16，腔体底座27设有冷却液进口22和冷却液出口23。
本发明的反应腔尾气排气口设置在腔体底座中心位置，腔体底座中设置有连通反应气体流道的气腔，气腔周身设置有冷却腔，可以对尾气进行充分的冷却。反应气体在载片盘上方反应后经过反应气体通道到达气体环形缓冲腔，缓冲腔可以对制造不对称误差对气体流动的影响进一步整形，然后经过反应腔体底部中的气腔，通过中心尾气排出口排出，使气流以反应腔体中心对称排出，保证反应腔内流场的径向均匀。
由于反应腔体外壳和反应腔内壁中间设置有腔壁冷却腔，冷却液由腔壁冷却液入口进入腔壁冷却腔，由腔壁冷却液出口流出腔壁冷却腔，另外腔体底座中设置有上底座冷却腔和下底座冷却腔，冷却液由底座冷却液进口进入下冷却腔，通过上冷却腔，再进入下冷却腔，然后由底座冷却液出口流出，周身冷却使反应气体反应后流经途中经过了更为充分的冷却，同时也进一步较少了反应腔体内反应尾气流经壁面的沉积，从而保证了反应腔体内的清洁干净，提高工艺质量。
所有的冷却腔内设置有冷却液流道槽，使冷却液沿流道槽中流动，可以减少流动死区，加强换热，进一步提高冷却效果。
反应腔体从侧面引入驱动，通过驱动传动，来带动载片台支撑进行旋转，通过旋转可以对腔体周向的不均匀部分进行匀化。一般的反应腔体都是从中心进入驱动来驱动旋转，本专利采取侧面进入驱动来驱动载片台的旋转，避开驱动对气流对称性流动的干扰。
本发明的优点是尾气排出口设置在腔体底座中心位置，使得从进气到出气整个结构呈对称分布，保证和提高了反应腔体中气体流动分布的均匀性，腔体底座中设置冷却腔，对反应尾气在腔体底部进行周身冷却，可以使反应尾气充分均匀冷却，减少沉积物的产生和避免反应尾气高温损害尾气处理系统，气体通道中设置有对称的环形气体缓冲腔，可以对气体流动对称性进行进一步的整形补偿，另外从侧面引入驱动使载片盘支撑进行旋转，进一步提高周向的工艺均匀性。由于反应气体的对称流动，从中心流出，可以使反应腔可以方便地接分子泵等高真空的真空泵，使腔体可以在高真空下工作，而高真空工作是原子层沉积设备必备的工作条件，这个腔体的构架非常适合于原子层沉积工艺。该反应腔体设计简洁，有成本低廉的优势。
附图说明
图1是本发明的反应腔结构剖视图；
图2是本发明腔体底座中设置的冷却腔中设有冷却液流道槽的反应腔体结构剖面示意图；
图3是本发明在低温高分子沉积的应用反应腔结构剖明示意图
图4a、b是本发明为环形气体缓冲腔(15)贯穿冷却腔体通道(16)的设计示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例：
实施例一
参见图1，反应腔体设有反应气体输入体1和尾气排气口26，所述尾气排气口26设置在腔体底座27的中心位置，处于反应气体输入体1、反应气体通道12、环形气体缓冲腔15、气腔25的中心对称位置，以保持气体从进入到流出的对称特性。反应腔体内设有反应气体通道12，腔体外壳2和反应腔体内壁3之间设有腔壁冷却腔6，腔壁冷却腔6设有腔壁冷却液入口4和腔壁冷却液出口5，腔体底座27中间设有环形气体缓冲腔15与气腔25，腔体底座27中有连通反应气体流道12的环形气体缓冲腔15，缓冲腔15对气体流动进行进一步整形。气腔25周身分别设置下底座冷却腔28和上底座冷却腔29，下底座冷却腔28、上底座冷却腔29互相连通，冷却液由腔壁冷却液入口进入腔壁冷却腔。
载片盘7设于载片盘支撑11上，载片盘支撑11经载片盘支撑旋转轴承18安装于腔体底座27，加热器9经加热器支撑10安装于载片盘7的下方，驱动磁流体19和磁流体旋转轴20以及传动轮21安装于反应腔体的一侧面，经驱动轮17与载片盘支撑旋转轴承18连接驱动载片盘支撑11旋转，腔体底座27的侧面安装驱动磁流体旋转轴20经传动轮21传导到驱动轮17驱动载片盘支撑11旋转，可以对腔体周向的不均匀部分进行匀化。反应腔体从侧面引入驱动，通过驱动传动，来带动载片台支撑进行旋转，通过旋转可以对腔体周向的不均匀部分进行匀化。驱动磁流体19为动密封。用于动密封的驱动磁流体19也可以采用其它种类的密封。
反应气体通过反应气体输入体1输入，输入的要求是面内流速均匀。加热器9对载片盘7进行加热，反应气体在载片盘7的上方在高温下进行一系列物理化学反应，在衬底8上沉积薄膜，腔体底座27设有环形通道13，反应气体通道12经过环形通道13、环形气体缓冲腔15连接腔体底座27的气腔25，尾气排气口26与气腔25，参见图4，环形气体缓冲腔15内设有圆周均匀分布环形孔板14，并有穿过冷却腔24并连接气腔25的通道16，腔体底座27设有冷却液进口22和冷却液出口23。反应气体在载片盘7的上方在高温下进行一系列物理化学反应后经过反应气体通道12，流经环形气体缓冲腔15经过环形孔板14的通道16到达反应腔体底部中的气腔25通过中心尾气排气口26排出，这样可以使气流以反应腔体中心对称排出，保证反应腔内流场的径向均匀，通道16是贯穿冷却腔的通道，参见图4；由于反应腔体外壳2和反应腔内壁3设置有腔壁冷却腔6，冷却液由腔壁冷却液入口4进入腔壁冷却腔6，由腔壁冷却液出口5流出，另外腔体底座27中分别设置的上冷却腔29和下冷却腔28，冷却液由冷却液进口22进入，由冷却液出口23流出，腔体底部周身冷却使反应气体反应后流经途中经过了更为充分的冷却，同时也进一步较少了反应腔体内反应气体流经壁面的沉积，从而保证了反应腔体内的清洁干净，提高工艺质量。
实施例二
和实施例一相同，所不同的是腔壁冷却腔6、腔体上底座冷却腔29、下底座冷却腔28还设置有冷却液沿之流动的冷却液流道槽。
上冷却腔29中由隔断31设置上冷却液特定流道，下冷却腔28同样设置隔断30来形成特定的流道，参见图2所示，通过隔断的设计可以控制冷却液在特定流道中流动，可以减少流动死区，加强换热，进一步提高冷却效果。
实施例三
和实施例一相同，所不同的是有些有机分子涂覆应用不是加热产生物理化学反应，而是气体中高分子在衬底上冷凝沉积，这个时候加热器9可以是低温的恒温温度控制平台，参见图3所示，载片盘7可以直接地良好接触恒温温度控制平台，这样恒温温度控制台可以控制载片盘7在设计的冷却温度上，有利于有机分子的沉积。
Claims (5)
1.一种对称的气相沉积设备的反应腔体，反应腔体设有反应气体输入体(1)和尾气排气口(26)，反应腔体内设有反应气体通道(12)，腔体外壳(2)和反应腔体内壁(3)之间设有腔壁冷却腔(6)，腔壁冷却腔(6)设有腔壁冷却液入口(4)和腔壁冷却液出口(5)，载片盘(7)设于载片盘支撑(11)上，载片盘支撑(11)经载片盘支撑旋转轴承(18)安装于腔体底座(27)，加热器(9)经加热器支撑(10)安装于载片盘(7)的下方，驱动磁流体(19)和磁流体旋转轴(20)以及传动轮(21)安装于反应腔体的一侧面，经驱动轮(17)与载片盘支撑旋转轴承(18)连接驱动载片盘支撑(11)旋转，其特征在于所述尾气排气口(26)设置在腔体底座(27)的中心位置，腔体底座(27)中间设有环形气体缓冲腔(15)与气腔(25)，气腔(25)周身分别设置下底座冷却腔(28)和上底座冷却腔(29)，下底座冷却腔(28)与上底座冷却腔(29)互相连通，腔体底座(27)设有环形通道(13)，反应气体通道(12)经过环形通道(13)、环形气体缓冲腔(15)连接腔体底座(27)的气腔(25)，尾气排气口(26)与气腔(25)相连，环形气体缓冲腔(15)内设有圆周均匀分布的穿过冷却腔(24)并连接气腔(25)的通道(16)，腔体底座(27)设有冷却液进口(22)和冷却液出口(23)。
2.根据权利要求1所述的对称的气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述腔壁冷却腔(6)、腔体上底座冷却腔(29)、下底座冷却腔(28)还设置有冷却液沿之流动的冷却液流道槽。
3.根据权利要求1所述的对称的气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述尾气排气口(26)处于反应气体输入体(1)、反应气体通道(12)、环形气体缓冲腔(15)、气腔(25)的中心对称位置，保持气体从进入到流出的对称特性。
4.根据权利要求1所述的对称的气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述腔体底座(27)的侧面安装驱动磁流体旋转轴(20)，该旋转轴(20)经传动轮(21)传导到驱动轮(17)从而驱动载片盘支撑(11)旋转，驱动磁流体(19)为动密封。
5.根据权利要求1所述的对称的气相沉积设备的反应腔体，其特征在于所述加热器(9)为一个恒温平台与载片盘直接接触。
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