CN105552006B - 一种立式热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立式热处理装置，包括晶舟、保温桶以及工艺门，其中，保温桶包括底座、立柱、石英外罩以及若干组插片，本发明可有效固定晶舟和保温桶的各部件,使晶舟和保温桶的各部件在反应腔室中具有较好的同心性和稳定性，同时可保证保温桶插片准确定位，可根据不同工艺需要更换保温桶插片，降低设备成本，提高保温桶的兼容性，具备结构合理、便于安装的优点，同时，本发明可通过调整保温桶插片的数量、直径以及间距以适应不同工艺的温度要求，改善局部晶圆受温度变化的影响，保证反应腔室温度场的均匀性，提高晶圆反应的膜厚均匀性。

Description

一种立式热处理装置
技术领域
本发明涉及半导体热处理技术领域，更具体地说，涉及一种立式热处理装置。
背景技术
在半导体制造工艺中，为了对被处理晶圆，如半导体晶圆实施CVD、氧化、扩散等多道热处理工艺以达到不同的工艺目的，需要可对多个晶圆一次同时进行批式热处理的装置。请参阅图1，大部分现有的批式热处理装置具有炉体5、反应腔室3、晶舟4、保温桶2以及工艺门1，用于承载多枚晶圆(通常100枚晶圆以上)的晶舟4设置在保温桶2上，保温桶2安装在工艺门1上，升降系统(图中未示出)带动工艺门1实现升降动作可选择性地打开和关闭反应腔室3底部的开口，以将晶舟4和保温桶2搬入反应腔室3或从反应腔室3中搬出。当装载完毕，晶舟4和保温桶2完全进入到反应腔室3内时，工艺门1与反应腔室3底部密封，反应腔室3对晶圆进行所需的热处理工艺。此外，工艺门1上还具有旋转装置控制晶舟4和保温桶2的转动。
现有工艺中，晶舟采用石英材料，价格昂贵，随着工艺的发展，硅片制造成本越来越高，相应的，对于晶圆工艺过程中的稳定性提出了较高的要求。在现有立式炉设备中，对晶舟和保温桶之间的固定还没有特别有效的措施，抵抗设备振动或地震的能力不高，很容易在振动时造成晶舟和保温桶摇晃甚至倾倒，从而造成批量晶圆损坏等重大经济损失。为了防止晶舟和保温桶产生摇晃现象，往往会对晶舟与保温桶这两个部件之间进行固定，但固定效果往往不够理想，而且现有的固定方式往往针对整体式的保温筒，对于组装式的保温筒的各部件无法固定，在出现振动时，往往会出现组装式保温桶的各部件相互磕碰而损坏保温桶，最终造成晶舟倾倒而损坏晶圆。
本领域所公知的，同一立式炉设备，进行不同温度的工艺时，反应腔室炉口处的温度也不相同，使用相同的保温桶将会使反应腔室底部温度变化较大，影响硅片膜厚均匀性，因此，现有技术中，针对不同工艺需要制备不同设备或者不同保温桶，但该方式大大增加了设备成本。
因此，本领域技术人员亟需提供一种立式热处理装置，不仅能够提高晶舟和保温桶各部件的稳固性，防止其产生晃动或倾倒现象，同时在不同温度的工艺状态下，保证反应腔室温度场的均匀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种立式热处理装置，不仅能够提高晶舟和保温桶各部件的稳固性，防止其产生晃动或倾倒现象，同时在不同温度的工艺状态下，保证反应腔室温度场的均匀性。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种立式热处理装置，包括晶舟、保温桶以及工艺门，所述晶舟用于承载多枚晶圆，并设置在所述保温桶上，所述保温桶安装在所述工艺门上，所述保温桶包括底座、立柱、石英外罩以及若干组插片，其中，
所述底座安装在工艺门上，所述底座上具有至少两个定位凹槽与工艺门上位置相应的定位销相配合，以对所述底座进行定位，所述工艺门上还具有至少两个压板用于按压所述底座的边缘以固定所述底座；
所述立柱为多个，均固定在所述底座上，用于支撑所述晶舟，各立柱的顶部均具有定位凸台以及第一定位孔，所述定位凸台用于限定所述晶舟环状部的内边缘，所述第一定位孔与所述晶舟上的石英螺钉相配合以固定所述晶舟；
所述石英外罩穿过所述立柱套设在所述底座上，所述石英外罩上设有第二定位孔以及第三定位孔，所述第二定位孔通过石英螺钉将所述石英外罩固定在所述底座上；
各组所述插片至少为一片，具有预设长度的直径以及预设宽度的间距，所述插片穿过各立柱装配于所述石英外罩上，所述插片上具有与第三定位孔位置及数量相应的第四定位孔，石英螺钉穿过第四定位孔以及第三定位孔，以使所述插片固定在所述石英外罩上。
优选的，所述定位凹槽为两个，分别设于所述底座的边缘，所述压板呈“┑”形，以按压所述底座的边缘，所述底座边缘具有与所述压板厚度以及位置相适应的凹陷部。
优选的，所述定位销与所述压板在所述工艺门上相互垂直设置。
优选的，所述第二定位孔包括两个定位孔，一个定位孔设于所述石英外罩的中心处，以使所述石英外罩与所述底座保持同心，另一个定位孔设于所述石英外罩的偏心处，以限制所述石英外罩产生转动。
优选的，所述第三定位孔包括四个定位孔，均匀分布在所述石英外罩的圆周方向上。
优选的，各组所述插片具有相同预设长度的直径以及相同预设宽度的间距。
优选的，各组所述插片具有不同预设长度的直径以及不同预设宽度的间距。
优选的，各组所述插片具有不同预设长度的直径以及相同预设宽度的间距。
优选的，各组所述插片具有相同预设长度的直径以及不同预设宽度的间距。
优选的，所述立柱的数量为四个，均匀分布在所述底座的圆周方向上。
本发明提供的一种立式热处理装置，可有效固定晶舟和保温桶的各部件,使晶舟和保温桶的各部件在反应腔室中具有较好的同心性和稳定性，同时可保证保温桶插片准确定位，可根据不同工艺需要更换保温桶插片，降低设备成本，提高保温桶的兼容性，具备结构合理、便于安装的优点，同时，本发明可通过调整保温桶插片的数量、直径以及间距以适应不同工艺的温度要求，改善局部晶圆受温度变化的影响，保证反应腔室温度场的均匀性，提高晶圆反应的膜厚均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中立式热处理装置总装结构示意图；
图2为本发明中保温桶底座和立柱优选实施例的结构示意图；
图3为本发明中石英外罩优选实施例的结构示意图；
图4为本发明中保温桶插片优选实施例的结构示意图；
图5为本发明中立柱和晶舟优选实施例的结构示意图。
图中标号说明如下：
1、工艺门，11、定位销，12、压板，2、保温桶，21、底座，22、立柱，23、石英外罩，24、插片，241、第四定位孔，25、定位凹槽，26、凹陷部，27、石英螺钉，28、第二定位孔，29、第三定位孔，3、反应腔室，4、晶舟，5、炉体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图对本发明提出的具有金属栅电极的半导体器件及其制造方法进行详细说明。图2为本发明中保温桶底座和立柱优选实施例的结构示意图；图3为本发明中石英外罩优选实施例的结构示意图；图4为本发明中保温桶插片优选实施例的结构示意图；图5为本发明中立柱和晶舟优选实施例的结构示意图。
请参考图1，本发明提供的一种立式热处理装置，包括晶舟4、保温桶2以及工艺门1，晶舟4用于承载多枚晶圆，并设置在保温桶2上，保温桶2安装在工艺门1上，工艺门1上具有升降机构和旋转机构带动保温桶2以及晶舟4做升降运动或旋转运动。其中，保温桶2包括底座21、立柱22、石英外罩23以及若干组插片24，以下结合附图2-5对保温桶2的各个部件进行阐述。
请参考图2，底座21安装在工艺门1上，立柱22固定在底座21上，用于支撑晶舟4，立柱22的数量优选为四个，均匀分布在底座21的圆周方向上。底座21上具有至少两个定位凹槽25与工艺门1上位置相应的定位销11相配合，以对底座21进行定位，本实施例中的定位凹槽25为两个，分别设于底座21的边缘，定位销11与压板12在工艺门1上优选相互垂直设置。工艺门1上还具有至少两个压板12用于按压底座21的边缘以固定底座，压板12优选呈“┑”形，以按压底座21的边缘，底座21边缘具有与压板12厚度以及位置相适应的凹陷部26。
请参考图2和图5，各立柱22的顶部均具有定位凸台以及第一定位孔，定位凸台用于限定晶舟4环状部的内边缘，第一定位孔与晶舟4上的石英螺钉27相配合以固定晶舟4。
请参考图3以及图4，石英外罩23穿过立柱22套设在底座21上，阻隔工艺门1的金属部件暴露在反应腔室3中，石英外罩23上设有第二定位孔28以及第三定位孔29，第二定位28孔通过石英螺钉27将石英外罩23固定在底座21上；具体的，本实施例中，第二定位孔28避免石英外罩23与立柱22发生摩擦或磕碰，第二定位孔28包括两个定位孔，一个定位孔设于石英外罩23的中心处，以使石英外罩23与底座2保持同心，另一个定位孔设于石英外罩23的偏心处，以限制石英外罩23产生转动。此外，第三定位孔29用于保温桶插片24的定位，其包括四个定位孔，均匀分布在石英外罩23的圆周方向上。
请参考图4，各组插片24包括一片插片、两片插片或多片插片，其材质优选为石英，插片24穿过各立柱22装配于石英外罩23上，插片24上具有与第三定位孔位29置及数量相应的第四定位孔241，石英螺钉27穿过第四定位孔241以及第三定位孔29，以使插片24固定在石英外罩23上。保温桶插片24穿过立柱22装配在石英外罩23上，同时插片24装配到石英外罩23的定位孔中，避免保温桶插片24与立柱22发生摩擦或磕碰。
插片24用于控制反应腔室3炉口处温度，保温桶插片数量以及结构可以根据工艺需要进行组合，插片24的数量可以为一片或多片，插片24具有预设长度的直径以及预设宽度的间距，各组插片24的直径可以相等也可以不相等，各组插片24的间距可以相等也可以不相等，具体设置根据实际工艺需求而定。
本领域技术人员所知，对于同一台立式炉设备，进行不同温度的工艺时，反应腔室3炉口处的温度也不一样。因此，本发明根据工艺需求调整插片24的数量、直径以及间距，以满足工艺需要，保证反应腔室3温度场的均匀性。
本发明通过增大保温桶插片的间距，减小插片直径将提高保温桶的散热能力；相反，减小保温桶插片的间距，增大插片直径将降低保温桶的散热能力，影响反应腔室底部的温度场，以及工艺门处的温度。例如，立式炉设备进行湿氧工艺时，如果反应腔室底部温度过低，就会遭成工艺门冷凝水的凝结，后续如果进行掺氯氧化工艺会造成HCL气体溶于水成为盐酸腐蚀工艺门。因此，需要根据工艺需求调整保温桶插片24的组合，以保证反应腔室底部合适的温度，通过使用不同间距或者不同直径的保温桶插,24组合实现对反应腔室3不同位置的温度控制。此外，反应腔室3排气口位于工艺管底部，增大底部保温桶插片24的间距也有利于反应腔室3排气口气流的均匀性。对于不同热处理设备，也可以通过只改变保温桶插片24组合提高保温桶的兼容性。
综上所述，本发明提供的一种立式热处理装置，可有效固定晶舟和保温桶的各部件,使晶舟和保温桶的各部件在反应腔室中具有较好的同心性和稳定性，同时可保证保温桶插片准确定位，可根据不同工艺需要更换保温桶插片，降低设备成本，提高保温桶的兼容性，具备结构合理、便于安装的优点，同时，本发明可通过调整保温桶插片的数量、直径以及间距以适应不同工艺的温度要求，改善局部晶圆受温度变化的影响，保证反应腔室温度场的均匀性，提高晶圆反应的膜厚均匀性。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种立式热处理装置，包括晶舟、保温桶以及工艺门，所述晶舟用于承载多枚晶圆，并设置在所述保温桶上，所述保温桶安装在所述工艺门上，其特征在于，所述保温桶包括底座、立柱、石英外罩以及若干组插片，其中，
所述底座安装在工艺门上，所述底座上具有至少两个定位凹槽与工艺门上位置相应的定位销相配合，以对所述底座进行定位，所述工艺门上还具有至少两个压板用于按压所述底座的边缘以固定所述底座；
所述立柱为多个，均固定在所述底座上，用于支撑所述晶舟，各立柱的顶部均具有定位凸台以及第一定位孔，所述定位凸台用于限定所述晶舟环状部的内边缘，所述第一定位孔与所述晶舟上的石英螺钉相配合以固定所述晶舟；
所述石英外罩穿过所述立柱套设在所述底座上，所述石英外罩上设有第二定位孔以及第三定位孔，所述第二定位孔通过石英螺钉将所述石英外罩固定在所述底座上；
各组所述插片至少为一片，具有预设长度的直径以及预设宽度的间距，所述插片穿过各立柱装配于所述石英外罩上，所述插片上具有与第三定位孔位置及数量相应的第四定位孔，石英螺钉穿过第四定位孔以及第三定位孔，以使所述插片固定在所述石英外罩上。
2.根据权利要求1所述的立式热处理装置，其特征在于，所述定位凹槽为两个，分别设于所述底座的边缘，所述压板呈“┑”形，以按压所述底座的边缘，所述底座边缘具有与所述压板厚度以及位置相适应的凹陷部。
3.根据权利要求2所述的立式热处理装置，其特征在于，所述定位销与所述压板在所述工艺门上相互垂直设置。
4.根据权利要求1所述的立式热处理装置，其特征在于，所述第二定位孔包括两个定位孔，一个定位孔设于所述石英外罩的中心处，以使所述石英外罩与所述底座保持同心，另一个定位孔设于所述石英外罩的偏心处，以限制所述石英外罩产生转动。
5.根据权利要求1所述的立式热处理装置，其特征在于，所述石英外罩为圆形，所述第三定位孔包括四个定位孔，均匀分布在所述石英外罩的圆周方向上。
6.根据权利要求1所述的立式热处理装置，其特征在于，各组所述插片具有相同预设长度的直径以及相同预设宽度的间距。
7.根据权利要求1所述的立式热处理装置，其特征在于，各组所述插片具有不同预设长度的直径以及不同预设宽度的间距。
8.根据权利要求1所述的立式热处理装置，其特征在于，各组所述插片具有不同预设长度的直径以及相同预设宽度的间距。
9.根据权利要求1所述的立式热处理装置，其特征在于，各组所述插片具有相同预设长度的直径以及不同预设宽度的间距。
10.根据权利要求1～9任一所述的立式热处理装置，其特征在于，所述底座为圆形，所述立柱的数量为四个，均匀分布在所述底座的圆周方向上。
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