CN115478263A - 一种气相生长装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气相生长装置，属于半导体技术领域。气相生长装置包括反应腔体、旋转电机、震动缓冲器和转动连接于反应腔体内的支撑组件，旋转电机的定子连接于反应腔体的外部底壁，旋转电机的输出轴穿设于反应腔体和定子，且输出轴设于反应腔体内的一端与震动缓冲器固定连接，震动缓冲器上连接有随动器，随动器能够带动支撑组件转动，支撑组件用于支撑晶圆。本发明的气相生长装置，提高运行平稳性，解决运行过程中发生抖动、倾斜甚至飞盘等问题，提高了工艺效果，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种气相生长装置。
背景技术
气相生长装置包括反应腔和旋转机构，当晶圆及晶圆承载托盘进入反应腔内时，在旋转机构的带动下，实现承载托盘及其上的晶圆做旋转运动。在工艺过程中，托盘会以500～800转/分钟的速度进行旋转，具体可根据工艺的不同实现不同速度的旋转。
目前，大多是将磁流体电机的电机旋转轴与承载托盘直接连接，电机旋转轴在运行过程中如果发生抖动、倾斜，则会直接传递到承载托盘及晶圆上，导致承载托盘及晶圆也会随之发生抖动、倾斜，高速旋转过程中容易发生飞盘，并且对工艺结构产生影响，影响了工艺效果。如果要保证工艺效果，则对磁流体电机的旋转精度要求极高，增加了电机的生产加工难度，提高了成本。
因此，亟需一种气相生长装置，以解决上述存在的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种气相生长装置，提高运行平稳性，解决运行过程中发生抖动、倾斜甚至飞盘等问题，提高工艺效果，降低成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种气相生长装置，包括反应腔体、旋转电机、震动缓冲器和转动连接于所述反应腔体内的支撑组件，所述旋转电机的定子连接于所述反应腔体的外部底壁，所述旋转电机的输出轴穿设于所述反应腔体和所述定子，且所述输出轴设于所述反应腔体内的一端与所述震动缓冲器固定连接，所述震动缓冲器上连接有随动器，所述随动器能够带动所述支撑组件转动，所述支撑组件用于支撑晶圆。
在一些可能的实施方式中，所述随动器与所述支撑组件滚动连接。
在一些可能的实施方式中，还包括：
加热器，包括的加热盘和一端连接于所述加热盘的柱体，所述加热盘设于所述反应腔体内并与用于承载晶圆的托盘间隔设置，所述柱体穿设并伸出于所述反应腔体；
水冷件，包括的水冷盘和一端连接于所述水冷盘的支座，所述水冷盘设于所述加热盘和所述震动缓冲器之间，所述支座穿设并伸出于所述反应腔体，所述柱体穿设于所述水冷盘和所述支座，所述柱体和所述支座之间密封连接；
隔热层，设于所述水冷盘和所述加热盘之间。
在一些可能的实施方式中，所述定子背离所述反应腔体的一端连接有底盘，所述底盘开设有第一进气口；
所述定子和所述输出轴之间设有磁流体密封件，所述输出轴、所述定子、所述磁流体密封件和所述底盘之间形成与所述第一进气口连通的第一空间。
在一些可能的实施方式中，所述支座上设有通孔，所述加热器和所述水冷件之间形成有第二空间，所述第一空间和所述第二空间通过所述通孔连通。
在一些可能的实施方式中，所述支撑组件包括支撑筒、第一压环、第二压环、轴承压片和轴承，所述第一压环转动连接于所述反应腔体，所述轴承压片与所述反应腔体固定，所述第一压环和所述第二压环固定，所述轴承的内圈连接于所述第一压环和所述第二压环之间，所述轴承的外圈连接于所述轴承压片和所述反应腔体之间，所述支撑筒连接于所述第一压环并用于支撑所述晶圆，所述随动器能够带动所述第二压环转动。
在一些可能的实施方式中，所述反应腔体开设有第二进气口，所述第二压环和所述反应腔体间隔设置，所述轴承、所述第二压环和所述反应腔体之间形成有与所述第二进气口连通的第三空间。
在一些可能的实施方式中，所述反应腔体开设有第二进气口，所述定子、所述输出轴、所述定子和所述输出轴之间的磁流体密封件之间形成有与所述第二进气口连通的第四空间。
在一些可能的实施方式中，所述反应腔体开设有第二进气口，所述震动缓冲器和所述支撑组件之间设有间隙，所述第一压环上设有通气孔，所述第一压环和所述轴承之间形成有第五空间，所述第二进气口分别通过所述间隙及所述通气孔与所述第五空间连通。
在一些可能的实施方式中，所述轴承为陶瓷轴承。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种气相生长装置，当输出轴转动时，带动振动缓冲器转动，再通过随动器带动支撑组件转动，从而带动支撑于支撑组件上的晶圆转动。因为震动缓冲器具有缓冲功能，通过震动缓冲器和随动器设于输出轴和支撑组件之间，避免旋转电机在运行过程发生抖动或倾斜而影响到支撑组件，进而避免影响到支撑组件上的晶圆，防止了旋转电机震动、抖动及倾斜等的传递，保证了晶圆转动平稳，以及降低了因高速旋转而导致飞盘的风险，降低了对旋转电机的要求，进而降低了成本。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式提供的气相生长装置的结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是图2的Ⅰ处放大图；
图4是本发明的具体实施方式提供的水冷件的结构示意图；
图5是本发明的具体实施方式提供的第一压环的剖视图；
图6是本发明的具体实施方式提供的震动缓冲器、随动器及第二压环的爆炸图。
图中：
1、反应腔体；11、第二进气口；12、水冷流道；13、通气管道；
2、旋转电机；21、输出轴；22、定子；23、磁流体密封件；
3、支撑组件；31、支撑筒；32、第一压环；321、通气孔；322、外凸缘；323、内凸缘；33、第二压环；331、安装槽；34、轴承；35、轴承压片；
4、震动缓冲器；5、随动器；6、加热器；61、加热盘；62、柱体；
7、水冷件；71、水冷盘；72、支座；721、通孔；73、入水口；74、出水口；75、冷却通道；
8、隔热层；9、密封环；10、底盘；101、第一进气口；
A、第一空间；B、第二空间；C、第三空间；D、第四空间；E、第五空间；F、容置腔；M、间隙；
200、晶圆；300、托盘。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本实施例提供了一种气相生长装置，如图1和图2所示，包括反应腔体1、旋转电机2、震动缓冲器4和转动连接于反应腔体1内的支撑组件3，旋转电机2的定子22连接于反应腔体1的外部底壁，旋转电机2的输出轴21穿设于反应腔体1和定子22，且输出轴21设于反应腔体1内的一端与震动缓冲器4固定连接，震动缓冲器4上连接有随动器5，随动器5能够带动支撑组件3转动，支撑组件3用于支撑晶圆200。
当输出轴21转动时，带动振动缓冲器4转动，再通过随动器5带动支撑组件3转动，从而带动支撑于支撑组件3上的晶圆200转动。因为震动缓冲器4具有缓冲功能，通过震动缓冲器4和随动器5设于输出轴21和支撑组件3之间，避免旋转电机2在运行过程发生抖动或倾斜而影响到支撑组件3，进而避免影响到支撑组件3上的晶圆200，防止了旋转电机2震动、抖动及倾斜等的传递，保证了晶圆200转动平稳，以及降低了因高速旋转而导致飞盘的风险，降低了对旋转电机2的要求，进而降低了成本。
在一种实施方式中，随动器5与支撑组件3滚动连接，通过滚动接触，也可以缓冲轴向震动，进一步提高了晶圆200平稳性和降低了飞盘的风险。进一步地，震动缓冲器4上间隔连接有四个随动器5，四个随动器5分别能够带动支撑组件3转动，通过增加随动器5的个数以及其布置形式，提高了输出轴21与支撑组件3之间的连接可靠性和受力平稳性。
在一种实施方式中，如图2所示，气相生长装置还包括加热器6、水冷件7和隔热层8，加热器6包括相互连接的加热盘61和柱体62，加热盘61设于反应腔体1内并与用于承载晶圆200的托盘300间隔设置，柱体62穿设并伸出于反应腔体1；水冷件7包括相互连接的水冷盘71和支座72，水冷盘71设于加热盘61和震动缓冲器4之间，支座72穿设并伸出于反应腔体1，柱体62穿设于水冷盘71和支座72，柱体62和支座72之间通过如密封环9等密封连接；隔热层8设于水冷盘71和加热盘61之间。加热器6用于加热反应腔体1内的晶圆200，水冷件7设于加热器6的外部，避免加热器6的热量传递给旋转电机2等结构，延长使用寿命；通过设置隔热层8，避免加热盘61与水冷盘71直接接触而影响加热器6的加热效果。
具体加热器6、水冷件7及隔热层8均可参照现有技术，不再赘述。
在一种实施方式中，如图2所示，定子22和输出轴21之间设有磁流体密封件23，具体磁流体密封件23可参照现有技术。
在一种实施方式中，如图2所示，定子22背离反应腔体1的一端连接有底盘10，底盘10开设有第一进气口101，输出轴21、定子22、磁流体密封件23和底盘10之间形成与第一进气口101连通的第一空间A，通过第一进气口101向第一空间A内充入惰性气体，保证第一空间A内具有微正压，防止反应腔体1内的工艺气体进入第一空间A发生反应而影响旋转电机2的使用效果，对旋转电机2进行保护。
在一种实施方式中，如图2和图4所示，支座72上设有通孔721，加热器6和水冷件7之间设有第二空间B，第一空间A和第二空间B通过通孔721连通，通过第一进气口101向第一空间A充入惰性气体，惰性气体通过通孔721进入第二空间B，保证第二空间B内具有微正压，防止反应腔体1内的工艺气体进入第二空间B发生反应而影响加热器6和水冷件7，对加热器6和水冷件7进行保护。本方案中，通过第一进气口101充入惰性气体，可以对反应腔体1底部整个旋转部分进行保护。
进一步地，水冷件7内部设有冷却通道75，支座72背离水冷盘71的一端设有入水口73和出水口74，与外部水循环结构连接，即可实现冷却通道75内的水循环，实现冷却。
在一种实施方式中，如图2和图3所示，支撑组件3包括支撑筒31、第一压环32、第二压环33、轴承压片35和轴承34，第一压环32转动连接于反应腔体1，轴承压片35与反应腔体1固定，第一压环32和第二压环33固定，轴承34的内圈连接于第一压环32和第二压环33之间，轴承34的外圈连接于轴承压片35和反应腔体1之间，支撑筒31连接于第一压环32并用于支撑晶圆200，随动器5能够带动第二压环33转动。输出轴21通过带动震动缓冲器4转动，震动缓冲器4带动随动器5、随动器5带动第二压环33、第二压环33带动第一压环32、第一压环32带动支撑筒31、支撑筒31带动设于其上的晶圆200转动，第一压环32和反应腔体1之间通过轴承34转动连接，保证第一压环32相对于反应腔体1的运行平稳性。另外，通过设置水冷件7，可以保证轴承34在相对较低的温度下工作。
进一步地，如图2和图5所示，第一压环32的外周设有外凸缘322，外凸缘322设于反应腔体1的内底壁上，外凸缘322和内底壁二者中，一个设有环形槽，另一个设有与环形槽配合的环形凸台，进行周向限位，保证第一压环32的转动精度。
进一步地，如图2和图3所示，设有两个轴承34，两个轴承34的外圈之间设有隔环(图中未示出)。
进一步地，如图1和图2所示，气相生长装置还包括用于承载晶圆200的托盘300，晶圆200通过托盘300支撑于支撑筒31上，保证晶圆200受力平衡。
陶瓷轴承具有较好的耐腐蚀性、弹性模量高及温度影响较小等优点，在一种实施方式中，轴承34为陶瓷轴承，避免工艺气体影响陶瓷轴承的使用寿命，且避免温度和震动对陶瓷轴承产生影响，提高了使用效果。
在一种实施方式中，如图2和图3所示，反应腔体1开设有第二进气口11，第二压环33和反应腔体1间隔设置，轴承34、第二压环33和反应腔体1之间设有与第二进气口11连通的第三空间C，通过第二进气口11向第三空间C内充入惰性气体，保证第三空间C具有微正压，防止反应腔体1内的工艺气体进入第三空间C发生反应而影响轴承34的使用效果，对轴承34及轴承支撑结构进行保护。
在一种实施方式中，如图2和图3所示，定子22和输出轴21之间设有磁流体密封件23，三者之间形成与第二进气口11连通的第四空间D，通过第二进气口11向第四空间D充入惰性气体，保证第四空间D具有微正压，防止反应腔体1内的工艺气体进入第四空间D发生反应而影响旋转电机2的使用效果，对旋转电机2进行保护。具体地，磁流体密封件23设于定子22和输出轴21之间的间隔空间的中部位置，将定子22和输出轴21之间的间隔空间分为了第一空间A和第四空间D，通过第一进气口101和第二进气口11分别充入惰性气体对旋转电机2进行保护，保护磁流体密封件23和输出轴21。
在一种实施方式中，如图2、图3和图5所示，震动缓冲器4和支撑组件3之间设有间隙M(图中未示出)，第一压环32上设有通气孔321，第一压环32和轴承34之间形成第五空间E，第二进气口11分别通过间隙M和通气孔321与第五空间E连通，通过第二进气口11向第五空间E内充入惰性气体，保证第五空间E具有微正压，防止反应腔体1内的工艺气体进入第五空间E发生反应而影响轴承34的只用效果，对轴承34进行保护。第三空间C和第五空间E设于轴承34的两侧，分别对轴承34进行保护，提高了防护性能。
具体地，第一压环32呈环状体，如图2和图5所示，通气孔321开设于环状体上，环状体的一端设有外凸缘322，另一端设有内凸缘323，第二压环33具有两个台阶，一个台阶用于抵接在轴承34的内圈，另一个台阶连接在内凸缘323的底部，第二压环33的顶部与内凸缘323的顶部平齐，水冷盘71、内凸缘323和环状体形成容置腔F，震动缓冲器4设于容置腔F内。震动缓冲器4和第二压环33之间具有缝隙，第二进气口11进入的惰性气体通过缝隙进入容置腔F内，再从容置腔F通过通气孔321进入第五空间E。由于第一压环32和反应腔体1转动连接，尾气可最终通过反应腔体1排出。
具体地，如图2和图3所示，可在反应腔体1上设有通气管道13，第二进气口11通过通气管道13进入第三空间C和第四空间D，第四空间D和容置腔F通过缝隙连通，从而惰性气体能够进入缝隙进入容置腔F，再通过通气孔321进入第五空间E。具体地，第二压环33和反应腔体1的内底壁间隔设置，第三空间C和第四空间D连通，第二进气口11向第三空间C和第四空间D充入惰性气体后，第三空间C和第四空间D内的惰性气体通过间隙M进入容置腔F、通过通气孔321最终进入第五空间E内。具体结构根据实际情况进行设置即可，不作限定。
在一种实施方式中，如图2所示，反应腔体1的底部内设有水冷流道12，用于冷却。
在一种实施方式中，如图2和图6所示，随动器5包括销轴和转动连接于销轴的安装环，震动缓冲器4的外周设有凸起，销轴固定于凸起上，第二压环33设有安装槽331，安装环容置于安装槽331内，随动器5转动时能够抵推安装槽331的侧壁并带着第二压环33转动，安装环与安装槽331的侧壁滚动连接。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气相生长装置，其特征在于，包括反应腔体(1)、旋转电机(2)、震动缓冲器(4)和转动连接于所述反应腔体(1)内的支撑组件(3)，所述旋转电机(2)的定子(22)连接于所述反应腔体(1)的外部底壁，所述旋转电机(2)的输出轴(21)穿设于所述反应腔体(1)和所述定子(22)，且所述输出轴(21)设于所述反应腔体(1)内的一端与所述震动缓冲器(4)固定连接，所述震动缓冲器(4)上连接有随动器(5)，所述随动器(5)能够带动所述支撑组件(3)转动，所述支撑组件(3)用于支撑晶圆(200)。
2.根据权利要求1所述的气相生长装置，其特征在于，所述随动器(5)与所述支撑组件(3)滚动连接。
3.根据权利要求1所述的气相生长装置，其特征在于，还包括：
加热器(6)，包括的加热盘(61)和一端连接于所述加热盘(61)的柱体(62)，所述加热盘(61)设于所述反应腔体(1)内并与用于承载晶圆(200)的托盘(300)间隔设置，所述柱体(62)穿设并伸出于所述反应腔体(1)；
水冷件(7)，包括的水冷盘(71)和一端连接于所述水冷盘(71)的支座(72)，所述水冷盘(71)设于所述加热盘(61)和所述震动缓冲器(4)之间，所述支座(72)穿设并伸出于所述反应腔体(1)，所述柱体(62)穿设于所述水冷盘(71)和所述支座(72)，所述柱体(62)和所述支座(72)之间密封连接；
隔热层(8)，设于所述水冷盘(71)和所述加热盘(61)之间。
4.根据权利要求3所述的气相生长装置，其特征在于，所述定子(22)背离所述反应腔体(1)的一端连接有底盘(10)，所述底盘(10)开设有第一进气口(101)；
所述定子(22)和所述输出轴(21)之间设有磁流体密封件(23)，所述输出轴(21)、所述定子(22)、所述磁流体密封件(23)和所述底盘(10)之间形成与所述第一进气口(101)连通的第一空间(A)。
5.根据权利要求4所述的气相生长装置，其特征在于，所述支座(72)上设有通孔(721)，所述加热器(6)和所述水冷件(7)之间形成有第二空间(B)，所述第一空间(A)和所述第二空间(B)通过所述通孔(721)连通。
6.根据权利要求1-5任一项所述的气相生长装置，其特征在于，所述支撑组件(3)包括支撑筒(31)、第一压环(32)、第二压环(33)、轴承压片(35)和轴承(34)，所述第一压环(32)转动连接于所述反应腔体(1)，所述轴承压片(35)与所述反应腔体(1)固定，所述第一压环(32)和所述第二压环(33)固定，所述轴承(34)的内圈连接于所述第一压环(32)和所述第二压环(33)之间，所述轴承(34)的外圈连接于所述轴承压片(35)和所述反应腔体(1)之间，所述支撑筒(31)连接于所述第一压环(32)并用于支撑所述晶圆(200)，所述随动器(5)能够带动所述第二压环(33)转动。
7.根据权利要求6所述的气相生长装置，其特征在于，所述反应腔体(1)开设有第二进气口(11)，所述第二压环(33)和所述反应腔体(1)间隔设置，所述轴承(34)、所述第二压环(33)和所述反应腔体(1)之间形成有与所述第二进气口(11)连通的第三空间(C)。
8.根据权利要求6所述的气相生长装置，其特征在于，所述反应腔体(1)开设有第二进气口(11)，所述定子(22)、所述输出轴(21)、所述定子(22)和所述输出轴(21)之间的磁流体密封件(23)之间形成有与所述第二进气口(11)连通的第四空间(D)。
9.根据权利要求6所述的气相生长装置，其特征在于，所述反应腔体(1)开设有第二进气口(11)，所述震动缓冲器(4)和所述支撑组件(3)之间设有间隙(M)，所述第一压环(32)上设有通气孔(321)，所述第一压环(32)和所述轴承(34)之间形成有第五空间(E)，所述第二进气口(11)分别通过所述间隙(M)及所述通气孔(321)与所述第五空间(E)连通。
10.根据权利要求6所述的气相生长装置，其特征在于，所述轴承(34)为陶瓷轴承。
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