CN208038550U - 腔体结构、化学气相沉积设备及处理腔室 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种半导体设备腔体结构，腔体结构包括：缓冲腔室；至少一个支撑板，支撑板设置于缓冲腔室内，用于承载半导体制程中的承载盘，其中，支撑板包括：冷却层，用于冷却所述承载盘；表面膜层，形成于冷却层表面，以促进冷却层对所述承载盘进行冷却，通过上述方案，本实用新型提供一种腔体结构，其可以作为MOCVD设备的缓冲腔室，对腔室结构中的冷却结构进行改进，在冷却层的表面形成表面膜层，特别可以是黑色导热膜层，黑色导热膜层更有利于吸附来自承载盘的热量加快承载盘的冷却，并进一步配合水冷水道的热量交换，从而加快在冷却层上的承载盘降温速度。

Description

腔体结构、化学气相沉积设备及处理腔室

技术领域

本实用新型涉及一种半导体设备制造技术领域，特别是涉及一种腔体结构、化学气相沉积设备及处理腔室。

背景技术

CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)，是指反应物质在气态条件下在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程，CVD设备就是在衬底表面实现化学气相沉积的设备。 MOCVD(金属有机化学气相沉积)设备作为一种典型的CVD设备，能够提供在衬底(例如蓝宝石衬底片)晶片表面生长用于发光的晶体结构，例如GaN(氮化镓)时所需的温度、压力、化学气体组分等条件。

MOCVD设备中设有真空的反应腔，反应腔中设有托盘，通过进气装置(例如喷淋头)将反应气体引入反应腔内，并输送到放置在托盘上的多个衬底晶片的表面进行化学反应，从而生长出特定的晶体结构例如GaN结构。另外，一般的CVD设备为了提高设备产能，在设备的反应腔之外，会设置额外的缓冲腔体，以暂时存放预生长的承载盘或已经生长完毕等待冷却的承载盘，达到提高承载盘周转周期的目的，然而，在这个缓冲腔体中，目前其冷却速度慢，承载盘的冷却时间影响到了整个CVD设备运行的效率。

因此，如何提供一种作为缓冲腔体的腔体结构及基于其的化学气相沉积处理腔室及化学气相沉积设备，以解决现有技术中难以实现承载盘快速有效冷却的问题实属必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种可用于作为缓冲腔的腔体结构、基于所述腔体结构的化学气相沉积处理腔室及化学气相沉积设备，用于解决现有技术中难以实现承载盘快速有效冷却以及整个设备运行效率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种半导体设备腔体结构，所述腔体结构包括：

缓冲腔室；

至少一个支撑板，所述支撑板设置于所述缓冲腔室内，用于承载半导体制程中的承载盘，其中，所述支撑板包括：

冷却层，用于冷却所述承载盘；

表面膜层，形成于所述冷却层表面，所述表面膜层用于促进所述冷却层对所述承载盘进行冷却。

作为本实用新型的一种优选方案，所述表面膜层包括导热膜层。

优选地，所述导热膜层包括黑色导热材料膜层。

优选地，所述导热膜层包括通过物理处理方式或通过化学处理方式形成于所述冷却层表面的导热膜层，其中，通过物理处理方式形成于所述冷却层表面的所述导热膜层包括贴置于所述冷却层表面的导热膜层。

作为本实用新型的一种优选方案，所述表面膜层包括形成于所述冷却层靠近所述承载盘一侧的上表面膜层以及与所述上表面膜层相对的下表面膜层。

作为本实用新型的一种优选方案，所述冷却层的数量为至少一层；所述冷却层内形成有若干条冷却水道和/或所述冷却层内开设有若干个凹槽。

作为本实用新型的一种优选方案，所述冷却层包括316L不锈钢冷却层及铝层中的一种或包括316L不锈钢冷却层及铝层构成的叠层结构层。

作为本实用新型的一种优选方案，所述支撑板还包括缓冲层，所述缓冲层用于放置未进行半导体制程的所述承载盘，且所述缓冲层与所述冷却层呈平行间隔排布。

本实用新型还提供一种化学气相沉积设备处理腔室，包括：

至少一个反应腔室；

如上述方案中任意一项所述的腔体结构，所述腔体结构用于存放已经在所述反应腔室中处理过的所述承载盘或将要在所述反应腔室中进行处理的所述承载盘；以及

机械手臂中转腔，用于在所述反应腔室及所述腔体结构之间传递所述承载盘，其中，所述反应腔室和所述腔体结构设置于所述机械手臂中转腔的周围。

作为本实用新型的一种优选方案，所述反应腔室的数量为多个，且多个所述反应腔室均匀对称地设置于所述机械手臂中转腔的中心和所述腔体结构的中心所构成的轴线的两侧。

本实用新型还提供一种化学气相沉积设备，包括如上述方案中任意一项所述的化学气相沉积设备处理腔室。

如上所述，本实用新型的可用于作为缓冲腔的腔体结构、基于所述腔体结构的化学气相沉积处理腔室及化学气相沉积设备，具有以下有益效果：

本实用新型提供一种腔体结构，其可以作为MOCVD设备的缓冲腔室，对腔室结构中的冷却结构进行改进，在冷却层的表面形成表面膜层，特别可以是黑色导热膜层，利用黑色导热膜层更有利于吸附来自承载盘(如托盘)的热量加快承载盘的冷却，并进一步配合水冷水道的热量交换，达到加快在冷却层上的承载盘降温速度的目的。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例一提供的腔体结构的结构示意图。

图2显示为本实用新型实施例一提供的腔体结构的冷却层及表面膜层的结构示意图。

图3显示为本实用新型实施例二提供的化学气相沉积设备处理腔室布局示意图。

元件标号说明

10 腔体结构

11 缓冲腔室

12 支撑板

121 冷却层

1211 表面膜层

1212 冷却水道

122 缓冲层

13 承载盘

20 反应腔室

30 机械手臂中转腔

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例一：

如图1～2所示，本实用新型提供一种半导体设备腔体结构10，所述腔体结构包括：

缓冲腔室11；

至少一个支撑板12，所述支撑板12设置于所述缓冲腔室11内，用于承载半导体制程中的承载盘13，其中，所述支撑板12包括：

冷却层121，用于冷却所述承载盘；

表面膜层1211，形成于所述冷却层121表面，所述表面膜层用于促进所述冷却层121对所述承载盘进行冷却。

具体的，本实用新型提供一种腔体结构，可以用于作为MOCVD设备中的缓冲腔体，其中，在设备的反应腔之外，会设置额外的缓冲腔体，以暂时存放预生长的承载盘或已经生长完毕等待冷却的承载盘，达到提高承载盘周转周期的目的。其中，所述支撑板中包括用于冷却半导体工艺制程结束后的所述承载盘13的冷却层121，所述冷却层121的数量可以为一个或者两个以上，数量依据实际需求而设定，当所述冷却层121的数量为两个及以上时，各所述冷却层121优选于所述缓冲腔室中呈上下平行等间距排布，利于冷却过程的均匀性。

本实用新型对所述冷却层121进行改进，在其表面形成一层表面膜层1211，从而进一步有利于对所述承载盘进行冷却，这是由于，承载盘在所述腔体结构10中的冷却速度直接关系到承载盘在所述腔体结构(缓冲腔结构)与反应腔室(制程工艺腔)之间的配合工作的效率，进而影响整个CVD设备的效率，因此，通过设置所述表面膜层1211可以加快所述承载盘的冷却速度，提高整个设备的效率。另外，所述板12优选上下均匀间隔排布设置，以实现对所述承载盘的均匀处理，如均匀冷却。

作为示例，所述表面膜层1211包括导热膜层，优选地，所述导热膜层为黑色导热膜。

作为示例，所述导热膜层1211包括贴置于所述冷却层表面的黑色导热材料膜层。

作为示例，所述导热膜层包括通过物理处理方式或通过化学处理方式形成于所述冷却层表面导热膜层。

具体的，所述表面膜层1211可以为导热膜层，所述导热膜层的存在可以使得所述冷却层 1211的表面更有利于吸附来自托盘的热量，可以是无机导热膜层、有机导热膜层或者复合材料导热膜层，本领域普通技术人员可以依据实际情况选择，可以是本领域普通技术人员熟知的任意促进冷却层对承载盘进行冷却的膜层，在此并不做具体限制，另外，优选地，所述导热膜层为黑色导热膜层，黑色镀膜(所述黑色导热膜层)对承载盘(如托盘)散发出来的红外电磁波的吸收率比不镀膜的高，且黑色镀膜后的冷却层(冷却板)对红外电磁波的反射也小，故黑色镀膜能更有利于加速所述承载盘的热能流失。

具体的，对于所述表面膜层1211的形成，可以是通过物理方式形成，如物理气相沉积 (PVD)，也可以是通过化学方法形成，如化学气相沉积(CVD)，当然，也可以是通过贴置的方式，将表面膜层，如黑色导热膜贴置于所述冷却层121的表面，其中，所述表面膜层可以是一种材料的结构层，当然，也可以是二者相互叠置所构成的叠层结构，其厚度以及叠层的数量均依据实际需求设置，如依据设备以及承载盘情况设定，优选小于2mm，从而可以节约空间并达到良好的加快冷却的效果，当然，所述表面膜层可以是本领域普通技术人员熟知的任意促进冷却层对承载盘进行冷却的膜层，另外，并基于黑色特性，优选为是黑色的导热膜层。

作为示例，所述表面膜层1211包括形成于所述冷却层121靠近所述承载盘一侧的上表面膜层以及与所述上表面膜层相对的下表面膜层。

具体的，对于所述表面膜层1211的设置位置，可以是设置在所述冷却层121靠近所述承载盘的一侧的表面，从而可以节约成本且达到良好的加速降温效果，当然，也可以是设置在所述冷却层121的其他表面，本示例中，优选设置在所述冷却层121靠近所述承载盘一侧的表面以及与其相对的一层的表面，从而使得上下表面膜层配合所述冷却层有效地加快所述承载盘的冷却。

作为示例，所述冷却层121的数量为至少一层；所述冷却层121内形成有若干条冷却水道1212和/或所述冷却层121内开设有若干个凹槽。

作为示例，所述冷却层121包括316L不锈钢冷却层及铝层中的一种或包括316L不锈钢冷却层及铝层构成的叠层结构层，当然，也可以是本领域普通技术人员熟知的其他结构层。

具体的，所述冷却层121优选采用316L不锈钢材质结构层，表面呈一般的金属光泽，其中，在冷却层内部有开槽或预埋式的冷却水道，以冷却所述承载盘，另外，水冷水道(所述冷却水道)可以将黑色镀膜冷却板吸附的热能通过水的传导，进行热量交换，快速的把冷却板上的热能量带走，维持着冷却板与托盘之间的一定温差，总之，基于本示例中结构设置，黑色有利于吸附托盘的热量，水道中的水有利于快速将吸附的热量带走，从而可以达到良好的加快承载盘冷却的效果。另外，还可以在所述冷却层121内开槽，其目的是内部通水，以置换黑色镀膜表面吸附的热能量。

作为示例，所述支撑板12还包括缓冲层122，所述缓冲层122用于放置未进行半导体制程的所述承载盘13，优选地，所述缓冲层122与所述冷却层121上下平行间隔排布，如图1 所示，该图示出了包括4个所述缓冲层122和1个所述冷却层121的结构示意图，各所述缓冲层122间隔排布设置在了所述冷却层121的上方，冷却层121上的承载盘可以为从MOCVD反应腔内生长完的石墨盘，所述表面膜层1211可以使该生长过的石墨盘冷却速度加快，图中缓冲层122上可以放置还未生长过的石墨盘。

具体的，所述支撑板12还包括有至少一层一缓冲层122，所述缓冲层122与所述承载盘的底部可以是面接触亦或是点接触，另外，所述冷却层121与所述承载盘的底部也可以是面接触亦或是点接触，其中采用点接触时，如可以是在缓冲层或冷却层上嵌入几个小石英球，一般缓冲层与承载盘之间的距离不大于5mm，面接触时可以为所述承载盘直接放置在表面；所述缓冲层122可以起到缓冲作用，以保护所述承载盘，其中，所述缓冲层122可以是不锈钢(316L)或者是铝材质的结构层。

实施例二：

如图3所示，本实用新型还提供一种化学气相沉积设备处理腔室，其中，所述处理腔室基于实施例一提供的可以作为缓冲腔室的腔体结构，所述化学气相沉积设备处理腔室包括：

至少一个反应腔室20；

如实施例一中方案的任意一项所述的腔体结构10，所述腔体结构10用于存放已经在所述反应腔室20中处理过的所述承载盘或将要在所述反应腔室20中进行处理的所述承载盘；

机械手臂中转腔30，用于在所述反应腔室20及所述腔体结构10之间传递所述承载盘，其中，所述反应腔室20和所述腔体结构10设置于所述机械手臂中转腔30的周围。

作为示例，所述反应腔室的数量为多个，且多个所述反应腔室均匀对称地设置于所述机械手臂中转腔的中心和所述腔体结构的中心所构成的轴线的两侧。

具体的，本示例提供可一种包含三种腔室的半导体设备处理腔，其中，所述处理腔室可以是MOCVD设备的处理腔室，本示例中，选择多个所述反应腔室20，图3示出4个所述反应腔室20，共用1个作为缓冲腔室的所述腔体结构10，从而减少设备空间并可以保证设备的运行效率。另外，优选所述反应腔室以及所述缓冲腔室设置在所述机械手臂中转腔的周围，且所述反应腔室相对于二者呈对称分布，从而较少机械手臂运行中不必要的空间浪费，当所述反应腔室的数量为奇数时，多余的一个可以任意设置在轴线两侧的一者中。

另外，本实用新型还提供一种化学气相沉积设备，其中，所述化学气相沉积设备包括如本实施例二中任意一项方案所述的化学气相沉积设备处理腔室，所述化学气相沉积设备可以是MOCVD设备。

综上所述，本实用新型提供一种半导体设备腔体结构，所述腔体结构包括：缓冲腔室；至少一个支撑板，所述支撑板设置于所述缓冲腔室内，用于承载半导体制程中的承载盘，其中，所述支撑板包括：冷却层，用于冷却所述承载盘；表面膜层，形成于所述冷却层表面，以促进所述冷却层对所述承载盘进行冷却，通过上述方案，本实用新型提供一种腔体结构，其可以作为MOCVD设备的缓冲腔室，对腔室结构中的冷却结构进行改进，在冷却层的表面形成表面膜层，特别可以是黑色导热膜层，利用黑色导热膜层更有利于吸附来自承载盘(如托盘)的热量加快承载盘的冷却，并进一步配合水冷水道的热量交换，达到加快在冷却层上的承载盘降温速度的目的。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种半导体设备腔体结构，其特征在于，所述腔体结构包括：

缓冲腔室；

至少一个支撑板，所述支撑板设置于所述缓冲腔室内，用于承载半导体制程中的承载盘，其中，所述支撑板包括：

冷却层，用于冷却所述承载盘；

表面膜层，形成于所述冷却层表面，所述表面膜层用于促进所述冷却层对所述承载盘进行冷却。

2.根据权利要求1所述的半导体设备腔体结构，其特征在于，所述表面膜层包括导热膜层。

3.根据权利要求2所述的半导体设备腔体结构，其特征在于，所述导热膜层包括黑色导热材料膜层。

4.根据权利要求2所述的半导体设备腔体结构，其特征在于，所述导热膜层包括通过物理处理方式或通过化学处理方式形成于所述冷却层表面的导热膜层，其中，通过物理处理方式形成于所述冷却层表面的所述导热膜层包括贴置于所述冷却层表面的导热膜层。

5.根据权利要求1所述的半导体设备腔体结构，其特征在于，所述表面膜层包括形成于所述冷却层靠近所述承载盘一侧的上表面膜层以及与所述上表面膜层相对的下表面膜层。

6.根据权利要求1所述的半导体设备腔体结构，其特征在于，所述冷却层的数量为至少一层；所述冷却层内形成有若干条冷却水道和/或所述冷却层内开设有若干个凹槽。

7.根据权利要求1所述的半导体设备腔体结构，其特征在于，所述冷却层包括316L不锈钢冷却层及铝层中的一种或包括316L不锈钢冷却层及铝层构成的叠层结构层。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的半导体设备腔体结构，其特征在于，所述支撑板还包括缓冲层，所述缓冲层用于放置未进行半导体制程的所述承载盘，且所述缓冲层与所述冷却层呈平行间隔排布。

9.一种化学气相沉积设备处理腔室，其特征在于，包括：

至少一个反应腔室；

如权利要求1～8中任意一项所述的腔体结构，所述腔体结构用于存放已经在所述反应腔室中处理过的所述承载盘或将要在所述反应腔室中进行处理的所述承载盘；以及

机械手臂中转腔，用于在所述反应腔室及所述腔体结构之间传递所述承载盘，其中，所述反应腔室和所述腔体结构设置于所述机械手臂中转腔的周围。

10.根据权利要求9所述的化学气相沉积设备处理腔室，其特征在于，所述反应腔室的数量为多个，且多个所述反应腔室均匀对称地设置于所述机械手臂中转腔的中心和所述腔体结构的中心所构成的轴线的两侧。

11.一种化学气相沉积设备，其特征在于，包括如权利要求9～10中任意一项所述的化学气相沉积设备处理腔室。