CN108088247B - 炉管装置 - Google Patents
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Abstract
一种炉管装置，包括底座和壳体，所述底座、壳体围成适于容纳晶圆的炉管腔，所述底座面向所述炉管腔的表面上设有多个适于放置晶圆的托盘。通过在底座上设置多个托盘，使晶圆能够被分散的放置在多个托盘上，从而能够降低炉管腔的高度。当炉管腔的高度降低时，也就说明位于高度方向上两端的晶圆之间的距离变得更小，使每一晶圆所处的工艺条件都十分接近，从而使每一晶圆均具有十分相近的处理效果，提升产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造设备技术领域，具体涉及一种炉管装置。
背景技术
炉管装置是半导体制程中的基本设备，主要用于晶圆的氧化、掺杂及热处理等程序。使用过程中，晶圆放置在炉管装置的内部，对炉管装置进行加热、并向炉管装置通入工艺气体，以实现对晶圆的氧化、掺杂和热处理。
参照图1，现有技术的炉管装置1包括底座2和壳体3，所述底座2和壳体3围成炉管腔4，晶圆5设置在炉管腔4内。其中，壳体3上设有通气管(图中未示出)，适于向炉管腔4通入工艺气体，炉管装置1还包括加热装置(图中未示出)，以对炉管腔4内的晶圆5进行加热。
现有技术中，为了提升晶圆5处理效率，炉管腔4通常能够容纳多个晶圆组6，每一晶圆组6内含有多片晶圆5，从而能够同时对多片晶圆5进行氧化、掺杂或热处理。如图1所示，所述炉管腔4内共有6个晶圆组6，且每一晶圆组内含有25片晶圆5，也就是同时能够对150片晶圆5进行处理。
但是，现有技术炉管腔4中的150片晶圆5均是沿炉管装置1的高度方向x依次设置的，使得位于炉管腔4底部的晶圆5和位于炉管腔4顶部的晶圆5之间具有较长的距离，导致不同晶圆5的处理效果具有较大的差别。
发明内容
本发明解决的问题是现有的炉管装置中的晶圆仅能沿炉管装置的高度方向依次设置，使得晶圆分布跨度长，导致晶圆处理效果具有较大差异。
为解决上述问题，本发明提供一种炉管装置，包括底座和壳体，所述底座、壳体围成适于容纳晶圆的炉管腔，所述底座面向所述炉管腔的表面上设有多个适于放置晶圆的托盘。
可选的，所述底座可旋转的设置于所述壳体，且多个所述托盘沿所述底座的周向分布。
可选的，所述托盘可旋转的设置于所述底座。
可选的，所述壳体包括侧壁和顶壁，所述侧壁包括同心设置的环形外壁和环形内壁，所述环形外壁、环形内壁和所述底座、顶壁围成呈环形形状的所述炉管腔。
可选的，所述环形外壁包括沿径向方向由内向外的外导热层、外加热层和外隔热层，适于对所述炉管腔进行加热；和/或，所述环形内壁包括沿径向方向由外向内的内导热层、内加热层和内隔热层，适于对所述炉管腔进行加热。
可选的，所述外加热层为电加热丝；和/或，所述内加热层为电加热丝。
可选的，所述环形外壁上设有适于通入工艺气体的多个通气孔，多个所述通气孔沿所述环形外壁的周向均匀设置；和/或，所述环形内壁上设有适于通入工艺气体的多个通气孔，多个所述通气孔沿所述环形内壁的周向均匀设置。
可选的，所述炉管装置还包括通气管，所述通气管固定穿设于所述底座，连通所述炉管腔和外界，适于向所述炉管腔通入工艺气体。
可选的，所述通气管为多个，多个所述通气管沿所述底座的周向均匀分布。
可选的，所述通气管具有沿所述炉管腔高度方向上的多个出气口；或，所述通气管为多个，其中至少一个所述通气管的出气口靠近所述炉管腔的顶部，其中至少一个所述通气管的出气口靠近所述炉管腔的底部。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
所述的炉管装置，包括底座和壳体，底座、壳体围成炉管腔。通过在底座上设置多个适于放置晶圆的托盘，使晶圆能够被分散的放置在多个托盘上，从而能够降低炉管腔的高度。当炉管腔的高度降低时，也就说明位于高度方向上两端的晶圆之间的距离变得更小，使每一晶圆所处的工艺条件都十分接近，从而使每一晶圆均具有十分相近的处理效果，提升产品良率。
进一步的，所述底座可旋转的设置于壳体，且多个托盘沿底座的周向分布。使得每一托盘的运动轨迹均是相同的，能够保证每一托盘上的晶圆所处的工艺条件都十分一致，进一步使每一片晶圆均具有十分相近的处理效果，提升产品良率。另外，通过托盘的旋转，带动托盘上的晶圆旋转，能够对炉管腔内的工艺气体进行扰动，使工艺气体更均匀的分布于炉管腔中，避免使工艺气体集中在某一特定位置。
附图说明
图1是本发明现有技术炉管装置的结构示意图，其中，隐藏部分壳体以显示炉管腔；
图2是本发明具体实施例炉管装置的结构示意图，其中，隐藏部分环形外壁以显示炉管腔；
图3是图2所示A方向的示意图，其中，隐藏顶壁以显示炉管腔。
具体实施方式
参照图1，现有技术中的炉管装置1具有较大的高度，以使炉管腔4沿高度方向x具有较长的距离，从而能在高度方向上叠放较多的晶圆5，以同时对多片晶圆5进行氧化、掺杂或热处理。
在具体利用炉管装置1对晶圆5进行处理的过程中，例如，需要在晶圆5表面沉积氮化硅(SiN)薄膜时，需要将二氯硅烷(DCS)和氨气(NH3)等工艺气体通入炉管腔4中；同时，需要使炉管腔4升温以加热晶圆5，二氯硅烷和氨气在晶圆5表面发生反应生成氮化硅薄膜。
但是，由于炉管腔4沿高度方向x具有较长的距离，会使得二氯硅烷和氨气在炉管腔4中分布不均，二氯硅烷由于密度相对较大，会集中在炉管腔4的底部，氨气密度相对较小，会集中在炉管腔4的顶部。另外，在加热过程中，也会使得炉管腔4在高度方向x上的不同位置处会有温度差，高度差越大，则温度差可能就越大。
最终导致形成在晶圆5上的氮化硅薄膜厚度不均匀，尤其是位于炉管腔4顶部的晶圆5的氮化硅薄膜和位于炉管腔4底部的晶圆5的氮化硅薄膜之间具有较大的厚度差，降低产品良率、影响后续对晶圆的加工制造。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图2、图3，一种炉管装置100，包括底座10和壳体20，所述底座10、壳体20围成炉管腔aa，所述炉管腔aa内适于放置晶圆200，以对晶圆200进行氧化、掺杂或热处理。
其中，所述底座10能够相对所述壳体20运动，以打开炉管装置100，将晶圆200放置在炉管腔aa内，或将晶圆200从炉管腔aa中取出。
如图3所示，本实施例中，所述底座10面向炉管腔aa的表面上设有多个适于放置晶圆的托盘30。具体的，所述托盘30适于放置晶舟31(图2所示)，多片晶圆200适于放置在晶舟31内。
也就是说，待处理的晶圆200能够被放置在多个托盘30上，相较于现有技术，若处理相同数量的晶圆200，则能够降低炉管腔aa的高度。当所述托盘30为两个时，将晶圆200均匀的分散放置在两个托盘30上，则能够使炉管腔aa的高度降低一半；当所述托盘30为三个时，将晶圆200均匀的分散放置在三个托盘30上，则能够使炉管腔aa的高度降低三分之二。
例如，当需要同时处理150片晶圆200时(6个晶圆组，每个晶圆组含有25片晶圆200)，若托盘30为两个，则每个托盘30上分别可以设置3个晶圆组、共75片晶圆；若托盘30为三个，则每个托盘30上分别可以设置2个晶圆组、共50片晶圆。从而降低晶圆200叠放的高度。
即，所述托盘30的数量越多，则炉管腔aa的高度则能够设计的越小。此时，当工艺气体通入至炉管腔aa内时，工艺气体能够在高度方向y上相对均匀的分布；在加热炉管腔aa时，也会使得炉管腔aa在高度方向y上具有相对均匀的温度，从而使每一晶圆200所处的工艺条件都十分接近，使每一晶圆200均具有十分相近的处理效果。
具体的，当需要在晶圆200的表面沉积氮化硅薄膜时，二氯硅烷和氨气等气体能够沿高度方向y均匀分布，炉管腔aa在高度方向y上的温度均十分接近，使得每一晶圆200均具有非常接近的薄膜厚度，从而提升产品良率。
本实施例中，所述底座10上共设有六个所述托盘30。
继续参照图3，如图中实线箭头所示，所述底座10可旋转的设置于所述壳体20，且六个所述托盘30沿底座10的周向分布。
所述炉管装置100在工作过程中，所述底座10相对所述壳体20旋转带动托盘30围绕底座10的中心旋转。由于托盘30沿底座10的周向分布，因此，每一托盘30的运动轨迹均是相同的，从而能够保证每一托盘30上的晶圆200所处的工艺条件都十分一致，进一步使每一片晶圆200均具有十分相近的处理效果，提升产品良率。
另外，托盘30围绕底座10的中心旋转，即托盘30上的晶圆200围绕底座10的中心旋转，因而能够对炉管腔aa内的工艺气体进行扰动，使工艺气体更均匀的分布于炉管腔aa中，避免使工艺气体集中在某一特定位置。
本实施例中，六个所述托盘30沿底座10的周向均匀分布，使得相邻两个托盘30之间具有相同的间距，从而使工艺气体能够均匀的分布在相邻两个托盘30之间，使晶圆200所处的工艺条件更为接近。
继续参照图3，如图中虚线箭头所示，所述托盘30可旋转的设置于所述底座10。也就是说，所述炉管装置100在工作过程中，不仅底座10相对壳体20旋转，而且，所述托盘30相对所述底座10自转。
托盘30在自转过程中，带动设置于托盘30上的晶圆200自转。晶圆200的自转能够使晶圆200上各个位置发生改变，从而使同一晶圆200在各个位置上的工艺条件更为一致。例如，在晶圆200的表面沉积氮化硅薄膜时，能够使二氯硅烷和氨气等气体均匀的分布于晶圆200的表面，使同一晶圆200上各个位置处的薄膜厚度均匀一致。
参照图2、图3，所述壳体20包括侧壁和顶壁23，所述侧壁固定设置于顶壁23。其中，所述侧壁包括同心设置的环形外壁21和环形内壁22，所述环形外壁21、环形内壁22、顶壁23和底座10围成呈环形形状的炉管腔aa。
本实施例中，所述环形外壁21包括沿径向方向由内向外的外导热层21a、外加热层21b和外隔热层21c。其中，所述外加热层21b为中间层，用于产生热量；所述外导热层21a为最内层，用于将外加热层21b产生的热量传导至炉管腔aa内，以加热晶圆200；所述外隔热层21c为最外层，用于隔绝外加热层21b和外部空间，防止外加热层21b产生的热量传导至外界，烫伤操作人员，同时避免热量的损失。
进一步的，所述环形内壁22包括沿径向方向由外向内的内导热层22a、内加热层22b和内隔热层22c。其中，所述内加热层22b为中间层，用于产生热量；所述内导热层22a为最外层，用于将内加热层22b产生的热量传导至炉管腔aa内，以加热晶圆200；所述内隔热层22c为最内层，用于隔绝内加热层22b和外部空间，防止内加热层22b产生的热量传导至外界，烫伤操作人员，同时避免热量的损失。
所述炉管装置100在工作过程中，所述外加热层21b、内加热层22b被加热产生热量，并分别通过外导热层21a、内导热层22a传导至炉管腔aa以对晶圆200进行加热。
具体的，所述外加热层21b为电加热丝，连接电路，通电以产生热量；所述外导热层21a由导热系数较好的材料制成，具体为不锈钢；所述外隔热层21c由绝热材料制成，具体为玻璃纤维或石棉。
同样的，所述内加热层22b为电加热丝，连接电路，通电以产生热量；所述内导热层22a由导热系数较好的材料制成，具体为不锈钢；所述内隔热层22c由绝热材料制成，具体为玻璃纤维或石棉。
其中，所述环形内壁22围成中心孔22d，所述中心孔22d沿高度方向y、延伸，贯穿所述顶壁和底座10。使得中心孔22d能够容纳电导线、气体软管，或者其他适于穿过中心孔22d的部件等。
本实施例中，所述环形外壁21、环形内壁22共同对所述炉管腔aa进行加热，从而能够更为均匀的加热炉管腔aa。在其他变形例中，可以使设置为：仅在所述环形外壁21内设置外加热层21b，以对炉管腔aa进行加热；或者，仅在所述环形内壁22内设置内加热层22b，以对炉管腔aa进行加热。
此外，还可以在所述顶壁内设置加热层以加热炉管腔aa，或在所述底座10内设置加热层以加热炉管腔aa，不影响本技术方案的实施。
需要说明的是，本实施例的侧壁包括环形外壁21和环形内壁22。在其他变形例中，所述侧壁可以仅包括环形外壁21，此时，所述环形外壁21、顶壁和底座10围成呈圆柱形形状的炉管腔。
继续参照图2、图3，所述炉管装置100还包括通气管40，所述通气管40固定穿设于所述底座10，以连通所述炉管腔aa和外界，工艺气体(例如二氯硅烷、氨气)适于通过通气管40从外界排入至炉管腔aa内。
本实施例中，所述通气管40为多个，多个所述通气管40沿所述底座10的周向均匀分布(图3所示)。因此，工艺气体能够在多个位置被排入至所述炉管腔aa内，使工艺气体能够沿周向更均匀的分布在炉管腔aa内，使炉管腔aa内的每一晶圆200均处于十分接近的工艺条件之下。
具体的，所述炉管装置100共包括六个所述通气管40，每一所述通气管40均设置在相邻两个所述托盘30之间。但是，通气管40的数量并不是对本技术方案的限制，在其他变形例中，也可以少于六个或多个六个。
如图2所示，所述通气管40具有位于顶部的出气口41，不同的所述通气管40具有不同的伸入至炉管腔aa内的长度，使得其中部分通气管的出气口41靠近炉管腔aa的底部，部分通气管的出气口41靠近炉管腔aa的顶部，部分通气管的出气口41靠近炉管腔aa的中间位置。
因此，使得工艺气体能够沿高度方向y均匀的分布在炉管腔aa内，使炉管腔aa内的每一晶圆200均处于十分接近的工艺条件之下。
具体在本实施例中，两个所述通气管40伸入至炉管腔aa的长度较短，其出气口41接近炉管腔aa的底部；两个所述通气管40伸入至炉管腔aa的长度适中，其出气口41接近炉管腔aa的中部；两个所述通气管40伸入至炉管腔aa的长度较长，其出气口41接近炉管腔aa的顶部。
需要说明的是，为使工艺气体能够沿高度方向y均匀的被排入至炉管腔aa内，在其他变形例中，还可以使通气管40具有沿高度方向y上的多个出气口41。此时，每一通气管40的出气口41均能够对应炉管腔aa的顶部、中部和底部，从而使工艺气体能够沿高度方向y均匀的分布在炉管腔aa内。
另外，在其他变形例中，所述通气管40还可以固定设置在所述环形外壁21上，或固定设置在所述环形内壁22上，或固定设置在所述顶壁上，均不影响本技术方案的实施。
此外，也可以不设置所述通气管40，直接在所述环形外壁21上设置通气孔，使工艺气体通过通气孔从外界排入至炉管腔aa内。可选的，使环形外壁21上设有多个通气孔，使其中一部分通气孔沿周向均匀分布，以使工艺气体能够沿周向均匀的分布在炉管腔aa内；同时，使其中一部分通气孔沿高度方向y均匀分布，以使工艺气体能够沿高度方向均匀的分布在炉管腔aa内；从而使炉管腔aa内的每一晶圆200均处于十分接近的工艺条件之下。
在其他变形例中，也可以在环形内壁22上设有多个通气孔，或同时在环形外壁21、环形内壁22上设置通气孔，以使炉管腔aa中的工艺气体能够更为均匀。其中，环形内壁22上通气孔的设置方式可以参照环形外壁21上通气孔的设置方式，不再赘述。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种炉管装置，包括底座和壳体，所述底座、壳体围成适于容纳晶圆的一种炉管装置，包括底座和壳体，所述底座、壳体围成适于容纳晶圆的炉管腔，其特征在于，所述底座面向所述炉管腔的表面上设有多个适于放置晶圆的托盘；所述壳体包括侧壁和顶壁，所述侧壁包括同心设置的环形外壁和环形内壁，所述环形外壁、环形内壁和所述底座、顶壁围成呈环形形状的所述炉管腔；所述环形内壁包括沿径向方向由外向内的内导热层、内加热层和内隔热层，适于对所述炉管腔进行加热。
2.如权利要求1所述的炉管装置，其特征在于，所述底座可旋转的设置于所述壳体，且多个所述托盘沿所述底座的周向分布。
3.如权利要求1所述的炉管装置，其特征在于，所述托盘可旋转的设置于所述底座。
4.如权利要求1所述的炉管装置，其特征在于，所述环形外壁包括沿径向方向由内向外的外导热层、外加热层和外隔热层，适于对所述炉管腔进行加热。
5.如权利要求4所述的炉管装置，其特征在于，所述外加热层为电加热丝；和/或，所述内加热层为电加热丝。
6.如权利要求1所述的炉管装置，其特征在于，所述环形外壁上设有适于通入工艺气体的多个通气孔，多个所述通气孔沿所述环形外壁的周向均匀设置；和/或，所述环形内壁上设有适于通入工艺气体的多个通气孔，多个所述通气孔沿所述环形内壁的周向均匀设置。
7.如权利要求1－3任一项所述的炉管装置，其特征在于，还包括通气管，所述通气管固定穿设于所述底座，连通所述炉管腔和外界，适于向所述炉管腔通入工艺气体。
8.如权利要求7所述的炉管装置，其特征在于，所述通气管为多个，多个所述通气管沿所述底座的周向均匀分布。
9.如权利要求7所述的炉管装置，其特征在于，所述通气管具有沿所述炉管腔高度方向上的多个出气口；或，所述通气管为多个，其中至少一个所述通气管的出气口靠近所述炉管腔的顶部，其中至少一个所述通气管的出气口靠近所述炉管腔的底部。
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