CN203429246U - 密封结构、反应腔室和半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种密封结构、反应腔室和半导体处理设备，涉及半导体设备领域，现有密封圈受热容易损坏失效的问题。本实用新型一种密封结构，包括通过密封圈密封的第一结构与第二结构，还包括密封圈冷却结构，所述密封圈冷却结构包括：风冷输气管和风冷导气孔；所述风冷导气孔的一端与所述风冷输气管相导通，另一端形成多个风冷出气口，所述风冷出气口的位置位于所述密封圈内侧。冷却气体通过风冷输气管导入，经风冷导气孔流向密封圈，对密封圈进行冷却。

Description

密封结构、反应腔室和半导体处理设备

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，尤其涉及一种密封结构以及设置有该密封结构的反应腔室和半导体处理设备。

背景技术

MOCVD（MOCVD,Metal-organic Chemical Vapor Deposition）设备一般包括反应腔室、气体输运系统、尾气处理系统、控制系统、基片传输系统等。其中，反应腔室是MOCVD设备最核心的硬件，也是MOCVD设备设计中研究较多的领域。

现有MOCVD反应腔室的基本结构如图1所示，由进气系统1、保温层2、石墨托盘3、托盘旋转系统4、带孔石墨筒5、感应加热线圈6、保温石英筒7、密封圈8、排气口9、反应腔上盖10、反应腔基座11、冷却水槽12和磁流体13构成。载气携带金属有机气体由进气系统1导入，顺箭头方向经石墨托盘3中心部支撑环，到达石墨托盘3，与石墨托盘3上的衬底片表面反应沉积后，再穿过带孔石墨筒5的孔洞由下部排气口9排出。感应加热线圈6设置在反应腔外面，对带孔石墨筒5、石墨托盘3及其上的衬底片加热，在反应腔内形成一热场。此热场配合托盘旋转系统4使衬底片获得较好的温度均匀性，最终使衬底获得良好的工艺效果。

其中，保温石英筒7的上、下端头的侧面分别通过密封圈8与反应腔基座11密封，在反应腔内形成真空。感应加热线圈6放置在反应腔外，对反应腔内石墨组件加热，温度最高达到1100℃，而密封圈8一般为橡胶材质，因此需为密封圈8设置冷却结构。现有密封圈8冷却结构如图1所示，在反应腔基座11内部沿密封圈8的外侧设置一圈的冷却水槽12，从外部进入的常温冷却水在内部循环流动，带走多余的热量，从而在密封圈8处形成低温区，保护密封圈8。

在密封圈8所在基座开冷却水槽12，用循环冷却水降温，方法简单，容易实现，为现有半导体密封结构的主流冷却方法，但发明人发现该冷却方法至少存在如下问题：受限于反应腔结构形式，冷却水槽12只能设置在密封圈8的外侧，只能对密封圈8的外侧起到冷却作用，而密封圈8的内侧紧靠保温石英筒7，并且保温石英筒7温度较高，故密封圈8内侧的温度较高，导致密封圈容易损坏失效，影响反应腔室的密封性。

实用新型内容

本实用新型提供一种密封结构以及设置有该密封结构的反应腔室和半导体处理设备，可解决现有密封圈受热容易损坏失效的问题。

一方面，本实用新型实施例提供一种密封结构，包括密封圈，通过密封圈密封的第一结构与第二结构，还包括密封圈冷却结构，所述密封圈冷却结构包括：风冷输气管和风冷导气孔；所述风冷导气孔的一端与所述风冷输气管相导通，另一端形成多个风冷出气口，所述风冷出气口的位置位于所述密封圈内侧。

优选地，所述多个风冷出气口沿所述密封圈等间距分布。

优选地，所述密封圈冷却结构还包括水冷槽，所述水冷槽的位置位于所述密封圈外侧。

进一步地，所述密封圈冷却结构还包括：一个或多个隔热筒，设置于所述密封圈的内侧。

优选地，所述隔热筒为金属隔热筒。

进一步优选地，在所述金属隔热筒的内表面设置有反射层。

更进一步优选地，对所述金属隔热筒的内表面进行抛光处理以形成反射层。

可选地，所述第一结构为反应腔基座，所述第二结构为保温石英筒。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种反应腔室，所述反应腔室设置有任一项所述的密封结构。

本实用新型实施例还提供一种半导体处理设备，包括所述的反应腔室。

本实用新型实施例提供的一种密封结构以及设置有该密封结构的反应腔室和半导体处理设备，所述密封结构还包括密封圈冷却结构，所述密封圈冷却结构通过风冷输气管，以及风冷出气口设置在密封圈内侧的风冷导气孔来对密封圈实施风冷冷却，冷却气体通过风冷输气管导入，经风冷导气孔流经密封圈内侧，对与密封圈直接接触的第二结构进行冷却降温，解决现有密封圈内侧温度高，容易受热损坏失效的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为现有MOCVD反应腔室的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的密封结构的示意图；

图3为图2密封结构的截面示意图；

图4为本实用新型实施例提供的反应腔室的结构示意图；

图5为图4中密封结构的局部放大图；

图6为图4中密封结构的截面示意图。

附图标记说明

1-进气系统，2-保温层，3-石墨托盘，4-托盘旋转系统，

5-带孔石墨筒，6-感应加热线圈，7-保温石英筒，8-密封圈，

9-排气口，10-反应腔上盖，11-反应腔基座，12-冷却水槽，

13-磁流体，21-第一结构，22-第二结构，23-风冷输气管，

24-风冷导气孔，241-风冷出气口，25-隔热筒，26-环形水冷槽。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种密封结构、一种反应腔室以及设置有该反应腔室的半导体处理设备，可解决现有密封圈受热容易损坏失效的问题。

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

本实用新型实施例提供一种密封结构，如图2所示，包括密封圈8，通过密封圈8密封的第一结构21与第二结构22，密封结构还包括密封圈冷却结构，所述密封圈冷却结构包括：风冷输气管23和风冷导气孔24；风冷导气孔24的一端与风冷输气管23相导通，另一端形成多个风冷出气口241，风冷出气口241的位置位于与密封圈8的内侧；冷却气体通过风冷输气管23导入，经风冷导气孔24流向密封圈8，对位于密封圈8内侧，与密封圈8直接接触的第二结构22进行冷却降温，从而降低密封圈8内侧的温度。

本实用新型实施例所述的密封结构，其中，风冷输气管23和风冷导气孔24的数目，以及设置位置在具体实施时存在多种方式，在此不做限定。例如，风冷输气管23可以存在多个，均与风冷导气孔24的进气一端相导通。风冷输气管23和风冷导气孔24可位于第一结构21，也可位于第二结构22上。

本实用新型实施例所述的密封结构，还包括密封圈冷却结构，密封圈冷却结构通过冷却气体直接对密封圈8内侧与密封圈8直接接触的第二结构进行冷却，从而降低密封圈8内侧的温度；而且，冷却气体（如高纯氮气）还形成了冷却气幕，阻挡了第二结构22中可能存在的工艺气体对密封圈8的接触腐蚀，预防从第二结构22中心来的热气流与密封圈附近气流的热传导与热对流。

如图3所示，所述多个风冷出气口241沿密封圈8等间距分布。图中两虚线所示位置对应密封圈8的位置。

优选地，所述密封圈冷却结构还包括水冷槽，所述水冷槽的位置位于密封圈8外侧。例如，可如图2所示，在第一结构21上设置环形水冷槽26，环形水冷槽26沿密封圈8的外围设置，尽量靠近密封圈8。

进一步地，所述密封圈冷却结构，还包括：一个或多个隔热筒25，设置于密封圈8的内侧。优选地，所述隔热筒为金属隔热筒；进一步优选地，在金属隔热筒的内表面设置有反射层。具体地，可通过对金属隔热筒的内表面进行抛光处理以形成反射层。

本实用新型实施例所述的密封结构，其中，密封圈冷却结构通过冷却气体直接对密封圈内侧进行冷却，而且冷却气体（如高纯氮气）还形成了冷却气幕，阻挡了第二结构中可能存在的工艺气体对密封圈的接触腐蚀，预防从第二结构中心来的热气流与密封圈附近气流的热传导与热对流。

为了本领域技术人员更好的理解本实用新型实施例提供的密封结构，下面通过具体的设置有本实施例所述密封结构的反应腔室，对本实用新型提供的密封结构进行详细说明。

本实施例还提供一种设置有本实施例所述密封结构的反应腔室，其中，所述的第一结构21为反应腔基座，所述的第二结构22为保温石英筒。

具体如图4-6所示，反应腔室由进气系统1、保温层2、石墨托盘3、托盘旋转系统4、带孔石墨筒5、感应加热线圈6、保温石英筒7、密封圈8、排气口（图中未示出）、反应腔上盖10、反应腔基座11、冷却水槽12、隔热筒25、风冷输气管23、风冷导气孔24构成。工艺气体通过顶部中心的进气系统1通入反应腔，与石墨托盘3上的衬底片表面反应沉积后，流过带孔石墨筒5，从保温石英筒7与带孔石墨筒5之间向下，从排气口（图4中未示出，可参考图1中所示）排出反应腔。感应加热线圈6放置在反应腔体外，透过保温石英筒7对带孔石墨筒5、石墨托盘3加热，带孔石墨筒5、石墨托盘3散发的热量，会通过热辐射、热传导和热对流对图中的密封圈8所在区域加热。反应腔基座11、反应腔上盖10设置水冷槽，水冷槽内通循环冷却水，故反应腔基座11、反应腔上盖10为冷壁结构。

其中，密封圈8多为橡胶材质，受热温度较高时，密封圈8易损坏失效，影响反应腔室的气密性，因此，反应腔室的密封处宜采用本实施例所述的密封结构。

本实施例所述密封结构，包括密封圈8，还包括密封圈冷却结构，密封圈冷却结构包括密封圈外侧的水冷设施和位于密封圈内侧的风冷却设施。

具体地，反应腔基座11内的水冷槽设置成沿密封圈8的环形水冷槽26，且环形水冷槽设计得较大些，设置位置也尽量靠近密封圈8，这样相对于现有方案，可以进一步改善密封圈8所在温度环境。此外，为进一步改善密封圈8内侧温度环境，本实施例所述的密封结构在反应腔内还增加了风冷却设施。如图4-6所示，风冷却设施包括：风冷输气管23和风冷导气孔24；风冷导气孔24的一端与风冷输气管23相导通，另一端形成多个风冷出气口241，风冷出气口241的位置与密封圈8相对。冷却气体（如高纯氮气）从反应腔体外侧导入，经风冷输气管23、多个风冷导气孔24，流经密封圈8内侧，对与密封圈8直接接触的保温石英筒7冷却降温，然后冷却气体沿保温石英筒7向下，由排气口随工艺气体一起排出。冷却气体（如高纯氮气）还形成了冷却气幕，阻挡工艺气体对密封圈8的接触腐蚀，预防从反应腔中心来的热气流与密封圈8附近气流进行热传导与热对流。

可以看出，本实施方式中无需设置风冷排气管，流经密封圈的冷却气体，从用于排出反应腔室工作气体的排气口排出。

进一步地，如图4和图5所示，为进一步降低密封圈8内侧温度环境，在密封圈8内侧还设置有一个或多个隔热筒25。并且进一步优选地，所述隔热筒为金属隔热筒；对金属隔热筒的内表面进行抛光处理，或者在金属隔热筒的内表面设置有反射层。

图4中加装了两层隔热筒25，其可以是金属筒，并在筒内侧做镜面处理，反射反应腔内部的辐射热量。两层隔热筒25还可阻挡反应腔中心气流与密封圈8附近气流的热对流与热传导，降低反应腔中心对密封圈8附近气流的加热作用。此外，两层隔热筒25也可做成多层结构，或其他隔热结构如迷宫式隔热结构。

本实用新型实施例提供的一种密封结构以及设置有该密封结构的反应腔室，除在密封圈外侧设置水冷冷却外，还对密封圈及密封圈内侧实施风冷冷却，以及采用隔热筒隔热等方法进行降温，改善了密封圈温度环境，提高了密封圈的安全性，解决现有密封圈容易受热损坏失效的问题。

本实用新型实施例还提供一种反应腔室，所述反应腔室设置有任一项所述的密封结构。该反应腔室已在上文做过详细描述，此处不再赘述。本实施例提供的反应腔室气密性好，不易发生密封圈受热损坏失效的问题。

此外，本实用新型实施例还提供一种半导体处理设备，包括所述的反应腔室。所述半导体处理设备为金属有机化合物化学气相沉积MOCVD设备。

需要注意的是，本实用新型实施例所述的技术特征，在不冲突的情况下，可任意相互组合使用。

本实用新型实施例中虽然以MOCVD设备进行说明，但应理解，本实用新型密封结构的应用不限于MOCVD设备，例如，还可应用于其它物理气相沉积设备，或者化学气相沉积设备，或者干法刻蚀设备，或者其它任何需要设置反应腔室的产品或部件。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种密封结构，包括密封圈，通过密封圈密封的第一结构与第二结构，其特征在于，

还包括密封圈冷却结构，

所述密封圈冷却结构包括：风冷输气管和风冷导气孔；所述风冷导气孔的一端与所述风冷输气管相导通，另一端形成多个风冷出气口，所述风冷出气口的位置位于所述密封圈内侧。

2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，

所述多个风冷出气口沿所述密封圈等间距分布。

3.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述密封圈冷却结构还包括水冷槽，所述水冷槽的位置位于所述密封圈外侧。

4.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于，所述密封圈冷却结构还包括：

一个或多个隔热筒，设置于所述密封圈的内侧。

5.根据权利要求4所述的密封结构，其特征在于，所述隔热筒为金属隔热筒。

6.根据权利要求5所述的密封结构，其特征在于，所述金属隔热筒的内表面设置有反射层。

7.根据权利要求6所述的密封结构，其特征在于，对所述金属隔热筒的内表面进行抛光处理以形成反射层。

8.根据权利要求1-7任一项所述的密封结构，其特征在于，

所述第一结构为反应腔基座，所述第二结构为保温石英筒。

9.一种反应腔室，其特征在于，所述反应腔室设置有权利要求1-8任一项所述的密封结构。

10.一种半导体处理设备，其特征在于，所述半导体处理设备包括权利要求9所述的反应腔室。

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