CN211320054U - 半导体热处理设备的反应腔室及半导体热处理设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种半导体热处理设备的反应腔室及半导体热处理设备，该反应腔室包括腔室外壁、歧管腔室、法兰压环，腔室外壁通过法兰压环与歧管腔室的上法兰固定连接，腔室外壁与上法兰之间还设有密封圈，法兰压环内设有第一冷却槽，用于冷却密封圈；上法兰内设有第二冷却槽，用于冷却密封圈。通过在第一冷却槽和第二冷却槽内循环通入冷却液介质，从而降低反应腔室外管与歧管上法兰之间的密封圈的表面温度，提高密封圈的使用寿命，保证反应腔室的密封效果。
Description
技术领域
本实用新型属于集成电路制造设备领域，更具体地，涉及一种半导体热处理设备的反应腔室及半导体热处理设备。
背景技术
半导体热处理设备(例如低压扩散炉)是集成电路制造的重要工艺设备。在半导体热处理设备中，一般通过O型密封圈实现反应腔室的密封，从而使低压扩散炉的反应腔室保持压力不变。当工艺温度较高时，热量会透过石英外管传至密封圈，但目前全氟O型密封圈的常用耐温一般在300℃以下，因此很容易损坏。且全氟O型密封圈的价格较高，会大大增加使用成本。
因此，需要提供一种半导体热处理设备，以降低密封圈表面温度，提高密封圈的使用寿命，保证反应腔室的密封效果。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能够降低密封圈表面温度的半导体热处理设备及反应腔室，保证密封圈使用的可靠性，延长密封圈的使用寿命。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提供一种密封圈的冷却结构，包括：
腔室外壁、歧管腔室、法兰压环，所述腔室外壁通过所述法兰压环与所述歧管腔室的上法兰固定连接，所述腔室外壁与所述上法兰之间还设有密封圈，所述法兰压环内设有第一冷却槽，用于冷却所述密封圈；
所述上法兰内设有第二冷却槽，用于冷却所述密封圈。
优选地，所述第一冷却槽上设有第一进液口和第一出液口，在所述第一冷却槽内、所述第一进液口与所述第一出液口之间设有第一阻隔块，所述第一阻隔块将所述第一进液口与所述第一出液口隔离；和/或
所述第二冷却槽上设有第二进液口和第二出液口，在所述第二冷却槽内、所述第二进液口与所述第二出液口之间设有第二阻隔块，所述第二阻隔块将所述第二进液口与所述第二出液口隔离。
优选地，所述第一阻隔块上开设有至少一个第一沟槽；和/或
所述第二阻隔块上开设有至少一个第二沟槽。
优选地，所述第一阻隔块与所述第一冷却槽的顶壁或底壁之间设有第一间隙；和/或
所述第二阻隔块与所述第二冷却槽的顶壁或底壁之间设有第二间隙。
优选地，在所述上法兰的下端面上、所述第二冷却槽的径向内侧设有隔热槽。
优选地，所述隔热槽的高度h2大于所述第二冷却槽的高度h1。
优选地，所述第二进液口和所述第二出液口设于所述上法兰的下端面，且所述第二进液口处连接有进液管，所述第二出液口处连接有出液管。
优选地，所述出液管在所述第二冷却槽内的高度t3高于所述进液管在所述第二冷却槽内的高度。
优选地，所述第二冷却槽的高度h1与所述出液管在第二冷却槽内的高度t3之间的差值为t4，所述出液管沿水平方向的截面面积与所述第二冷却槽沿竖直方向上高度为t4时的截面面积相等，所述差值t3满足以下条件：
h1＝t3+t4；
其中，ID1为所述出液管的直径。
根据本实用新型的一方面，提供一种半导体热处理设备，包括密封圈和所述的反应腔室。
本实用新型的有益效果在于：
通过在法兰压环和歧管腔室的上法兰内分别设置第一冷却槽和第二冷却槽，在第一冷却槽和第二冷却槽内循环通入冷却液介质，从两个方向上对密封圈进行冷却，从而可以有效降低反应腔室外管与上法兰之间的密封圈的表面温度，提高密封圈的使用寿命，保证反应腔室的密封效果。
本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本实用新型一个实施例的半导体热处理设备的反应腔室的示意图。
图2示出了根据本实用新型一个实施例的反应腔室在图1中A处的局部放大示意图。
图3示出了根据本实用新型一个实施例的反应腔室在图1中B处的局部放大示意图。
图4示出了根据本实用新型一个实施例的第一冷却槽的结构示意图。
图5示出了根据本实用新型一个实施例的第一冷却槽结构在图4中C处局部放大示意图。
图6示出了根据本实用新型一个实施例的第一冷却槽结构的E-E向剖视图。
图7示出了根据本实用新型一个实施例的第二冷却槽结构的结构示意图。
图8示出了根据本实用新型一个实施例的第二进液口和第二出液口的结构示意图。
图9示出了根据本实用新型一个实施例的在图8中D处局部放大示意图。
附图标记说明：
1、腔室外壁；2、腔室内管；3、舟；4、保温桶；5、歧管腔室；6、法兰压环；7、上垫圈；8、下垫圈；9、密封圈；10、隔热槽；11、第一进液口；12、第一出液口；13、第一阻隔块；14、第一进液管；15、上法兰；16、第二进液管；17、第二出液管；18、第二出液口；19、第二进液口；20、第二阻隔块；21、第一冷却槽；22、第二冷却槽。
具体实施方式
下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本实用新型实施例的一种密封圈的冷却结构，包括：
腔室外壁、歧管腔室、法兰压环，腔室外壁通过法兰压环与歧管腔室的上法兰固定连接，腔室外壁与上法兰之间还设有密封圈，法兰压环内设有第一冷却槽，用于冷却密封圈；上法兰内设有第二冷却槽，用于冷却密封圈。
由于反应腔室内的温度较高，热辐射穿过石英至密封圈，使得密封圈的表面温度升高，为了降低密封圈的温度，本实施在法兰压环以及歧管腔室的上法兰内分别设置第一冷却槽和第二冷却槽，对第一冷却槽和第二冷却槽内循环通入冷却液介质，从上下两个方向上对密封圈进行冷却，从而可以有效降低密封圈表面的温度，保证密封圈的工作温度在使用范围内，提高密封圈的使用寿命，保证反应腔室的密封效果，降低工艺成本。
作为一个示例，腔室外壁通过法兰压环固定在歧管腔室上，腔室外壁与歧管腔室的上法兰之间通过密封圈结构对反应腔室密封，在法兰压环与腔室外壁之间、上法兰与腔室外壁之间分别设置上垫圈和下垫圈，上垫圈和下垫圈可采用氟塑料材质制成，能够保护反应腔室内的石英，避免石英与金属直接接触。
作为一个示例，氟塑料包括如四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯及氟乙烯等。作为优选方案，第一冷却槽上设有第一进液口和第一出液口，在第一冷却槽内、第一进液口与第一出液口之间设有第一阻隔块，第一阻隔块将第一进液口与第一出液口隔离；和/或
第二冷却槽上设有第二进液口和第二出液口，在第二冷却槽内、第二进液口与第二出液口之间设有第二阻隔块，第二阻隔块将第二进液口与第二出液口隔离。
作为一个示例，可以利用冷却水作为冷却液介质，从法兰压环内第一冷槽的第一进液口通入冷却水，冷却水在第一冷却槽内环绕流动至第一出液口流出，实现对与之接触的反应腔室外管和密封圈的降温作用。同理，可以在上法兰内第二冷却槽的第二进液口通入冷却水，冷却水在第二冷却槽内环绕流动至第二出液口流出，从而降低密封圈的工作温度。
通过在第一进液口与第一出液口之间、以及第二进液口与第二出液口之间使用阻隔块隔离的方式，可以便捷地使冷却液介质从进液口进入后环绕冷却槽一圈后再从出口排出，使冷却液介质与法兰压环和歧管上法兰充分进行热交换，从而提高冷却的冷却效率。
作为优选方案，第一阻隔块上可以开设有至少一个第一沟槽，第二阻隔块上也可以开设有至少一个第二沟槽，第一沟槽和第二沟槽可以使阻隔块两侧的冷却槽有少量介质通过，但不影响流体的主体流向，从而可以避免阻隔块周围有局部的气体残留而使冷却槽局部被腐蚀破坏。
作为优选方案，第一阻隔块与第一冷却槽的顶壁或底壁之间还可以设有第一间隙，第二阻隔块与第二冷却槽的顶壁或底壁之间也可以设有第二间隙。
通过在阻隔块的两侧及上部形成立体式的冷却液介质流，可以防止阻隔块周围局部的空气残留，避免长时间的空气残留导致冷却槽内局部腐蚀和破坏。而且这些沟槽和间隙处的流体流动还能够带走此处冷却槽的热量，避免法兰压环和上法兰内的局部温度过高，若长期局部温度过高的情况，会导致法兰压环和上法兰的变形，密封圈的圆周方向被压缩变形不均匀，影响工艺腔室密封效果以及工艺结果。
第一沟槽、第二沟槽、第一间隙、第二间隙的尺寸可根据冷却槽的大小等因素确定。作为一个示例，第一沟槽、第二沟槽、第一间隙和第二间隙的宽度范围均可设置在0.5～1mm之间。需要注意的是，其尺寸取值不易过大，以避免影响冷却液介质的整体流向。
作为优选方案，在上法兰的下端面上、第二冷却槽的径向内侧还设有隔热槽。
具体地，隔热槽位于反应腔室及水冷槽中间，隔热槽中的介质可以为近似于室温的空气。隔热槽可减少反应腔室内的热量传导至第二冷却槽，避免冷却液介质的温度升高而影响冷却效率；同时也避免了位于第二冷却槽同一水平位置的反应腔室的温度受冷却液介质影响，对于某些对温度敏感的工艺，避免温度过低是保证工艺的必要条件，如半导体SIN工艺，该工艺会生成副产物氯化铵，氯化铵在温度较低时会固化，使得腔室内的颗粒增多，影响晶圆质量。
作为一个示例，隔热槽为可以为环状，从而可以更有效地避免反应腔室与第二冷却槽之间的热传递。
作为优选方案，隔热槽的高度h2大于第二冷却槽的高度h1，隔热槽高度高于第二冷却槽高度，能够更好地阻隔第二冷却槽与反应腔室之间的热交换。
作为优选方案，第二进液口和第二出液口设于上法兰的下端面，且第二进液口处连接有进液管，第二出液口处连接有出液管。
具体地，根据结构尺寸等要求，可以将第二进液口和第二出液口竖直设置，便于冷却液介质的循环。同时，也根据反应腔室的温度等条件要求，增大第二进水口和第二出液口的截面尺寸，增加冷却液介质的流动速率，从而提高热交换的效率。
作为优选方案，出液管在第二冷却槽内的高度高于进液管在第二冷却槽内的高度，如此设置有利于将第二冷却槽内的冷却液介质流充满，提高冷却效率，有利于密封圈的降温。若第二出液口与第二冷却槽内的下表面在同一平面，冷却液介质流会在第二冷却槽还未充满时流出，冷却效果差，达不到密封圈冷却的温度需求。
作为优选方案，第二冷却槽的高度h1与出液管在第二冷却槽内的高度t3之间的差值为t4，出液管沿水平方向的截面面积与第二冷却槽沿竖直方向上高度为t4时的截面面积相等，差值t3满足以下条件：
h1＝t3+t4；
其中，ID1为出液管的直径。
具体地，出液管沿水平方向的截面面积与第二冷却槽沿竖直方向上高度为t4时的截面面积相等，第二出液口与第二冷却槽的内壁的下表面为同一平面，出液管高于第二出液口t3，h1为第二冷却槽的高度，t4为第二冷却槽的高度h1减去出液管高出部分t3，ID1为出液管内径。基于上述设置，可以使得第二冷却槽内充满冷却介质，从而提高冷却效率。
本实用新型实施例还提供了一种半导体热处理设备，包括：包括密封圈和如上述任一实施例提供的反应腔室。
在半导体热处理设备的反应腔室中增加针对密封圈的冷却结构，可以降低密封圈表面温度，提高密封圈的密封可靠性，以保证反应腔室的密封效果，同时提高密封圈的使用寿命，降低工艺成本。
实施例
图2示出了根据本实用新型一个实施例的反应腔室在图1中A处的局部放大示意图，图3示出了根据本实用新型一个实施例的反应腔室在图1中B处的局部放大示意图，图4示出了根据本实用新型一个实施例的第一冷却槽的结构示意图，图5示出了根据本实用新型一个实施例的第一冷却槽结构在图4中C处局部放大示意图，图6示出了根据本实用新型一个实施例的第一冷却槽结构的E-E向剖视图，图7示出了根据本实用新型一个实施例的第二冷却槽结构的结构示意图，图8示出了根据本实用新型一个实施例的第二进液口和第二出液口的结构示意图，图9示出了根据本实用新型一个实施例的在图8中D处局部放大示意图。
如图2至图9所示，本实用新型的实施例提供一种反应腔室，包括：
腔室外壁1、歧管腔室5和法兰压环6，腔室外壁1通过法兰压环6与歧管腔室5的上法兰15固定连接，腔室外壁1与上法兰15之间还设有密封圈9；法兰压环6内设有第一冷却槽21，用于冷却密封圈；上法兰15内设有第二冷却槽22，用于冷却密封圈。
如图4所示，第一冷却槽21为环形，法兰压环6上设有与第一冷却槽22连通的第一进液口11和第一出液口12；如图7所示，第二冷却槽22为环形，上法兰15上设有与第二冷却槽21连通的第二进液口18和第二出液口19。
如图5所示，第一冷却槽21中设置有第一阻隔块13，位于第一进液口11和第一出液口12之间。第一阻隔块13与第一冷却槽21的内周壁、外周壁之间以及顶壁之间均设有间隙(即上述的第一沟槽和第一间隙)；第一进液口11和第一出液口12分别与第一阻隔块13两侧的第一冷却槽21连通，根据法兰压环的结构，第一进液口11和第一出液口12设置于侧壁端面上。第一进液管14和第一出液管(未示出)分别与第一进液口11和第一出液口12连通。
如图8所示，第二冷却槽22中设置有第二阻隔块20，位于第二进液口18和第二出液口19之间。第二阻隔块20与第二冷却槽22的内周壁、外周壁以及底壁之间也可以设有间隙。
如图5和6所示，在第一阻隔块13的两侧的间隙以及上部的间隙的尺寸分别为t1和t2，其宽度范围为0.5～1mm。同时，第二阻隔块20与第二冷却槽22底部的间隙的尺寸为t5，t5的宽度范围也为0.5～1mm。如图5的箭头所示，间隙内会有少量冷却水流通过，但不影响流体的主要流向，其间隙结构可防止第一阻隔块13和第二阻隔块20周围有局部空气残留，避免局部腐蚀和破坏，也可防止避免法兰压环6局部温度过高，长期局部温度过高会导致法兰压环6变形，影响反应腔室密的封效果以及工艺结果。
如图2所示，在上法兰15的下端面上、第二冷却槽22的径向内侧设有环状的隔热槽10。隔热槽10的高度h2大于第二冷却槽22的高度h1。隔热槽10可减少反应腔室内的热量传导至第二冷却槽22，防止冷却水的温度升高，提高密封圈9的冷却效率，同时也可保证反应腔室内的温度不受第二冷却槽22的影响。
如图3所示，第二进液口18和第二出液口19设于上法兰15的下端面，且第二进液口18处连接有沿竖直方向设置的第二进液管16，第二出液口18处连接有沿竖直方向设置的第二出液管17。如图9所示，第二出液管17在第二冷却槽22内的高度t3高于第二进液管16在第二冷却槽22内的高度。可使得第二冷却槽22内的冷却水尽量充满，以提高冷却效率。
如图9所示，第二冷却槽22的高度h1与第二出液管17在第二冷却槽22内的高度t3之间的差值为t4，第二出液管17沿水平方向的截面面积与第二冷却槽22沿竖直方向上高度为t4时的截面面积相等，差值t3满足以下条件：
h1＝t3+t4；
其中，ID1为第二出液管17的直径。基于上述设置，可使得第二冷却槽22内的冷却水充满，从而大大提高冷却效率。
如图7和图8中箭头所示方向，利用冷却水作为冷却液介质，通过第一进液口11和第二进液口18将冷却水通入第一冷却槽21和第二冷却槽22，第一阻隔块13和第二阻隔块20使冷却水在第一冷却槽21和第二冷却槽22环绕一圈后从出口排出，冷却水在第一冷却槽21和第二冷却槽22中环绕流动一周，并与法兰压环和歧管上法兰充分进行热交换后，从第一出液口12和第二出液口19流出，从而降低密封圈9表面的温度，保证密封圈9的工作温度在使用范围内，提高密封圈9的使用寿命，保证反应腔室的密封效果，降低工艺成本。
实施例2
图1示出了根据本实用新型一个实施例的半导体热处理设备的反应腔室的示意图，图2示出了根据本实用新型一个实施例的反应腔室在图1中A处的局部放大示意图，图3示出了根据本实用新型一个实施例的反应腔室在图1中B处的局部放大示意图。
如图1-图3所示，本实用新型的实施例提出一种半导体热处理设备，包括：密封圈9和反应腔室。
其中，反应腔室由其外部的腔室外壁1、腔室外壁1内的腔室内管2、和腔室外壁1下部连接的歧管腔室5组成，腔室内管2的内部设有舟3和设置于舟3下部的保温桶4。
密封圈9为O型密封圈，设置于反应腔室的腔室外壁1与歧管腔室5的上法兰15之间，腔室外壁1通过法兰压环6与上法兰15固定连接，腔室外壁1与歧管腔室5连接处通过密封圈9对反应腔室密封，在法兰压环6与腔室外壁1之间以及上法兰15与外管1之间分别设置上垫圈7和下垫圈8，上垫圈7和下垫圈8采用聚四氟乙烯材质制成，用于保护反应腔室内的石英，避免石英与金属直接接触。
反应腔室内的温度较高，热辐极易射穿过石英至密封圈9，导致密封圈9表面温度升高，在法兰压环6和歧管上法兰15内设置第一冷却槽21和第二冷却槽22，可降低密封圈9的温度，保证密封圈9的工作温度在使用范围内。第一冷却槽21和第二冷却槽22的相关结构参见上述的各实施例，此处不再赘述。
在半导体热处理设备的反应腔室中增加针对密封圈的冷却结构，可以降低密封圈表面温度，提高密封圈的密封可靠性，以保证反应腔室的密封效果，同时提高密封圈的使用寿命，降低工艺成本。
以上已经描述了本实用新型的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种半导体热处理设备的反应腔室，包括：腔室外壁(1)、歧管腔室(5)、法兰压环(6)，所述腔室外壁(1)通过所述法兰压环(6)与所述歧管腔室(5)的上法兰(15)固定连接，所述腔室外壁(1)与所述上法兰(15)之间还设有密封圈(9)，其特征在于，
所述法兰压环(6)内设有第一冷却槽(21)，用于冷却所述密封圈；
所述上法兰(15)内设有第二冷却槽(22)，用于冷却所述密封圈。
2.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，所述第一冷却槽(21)上设有第一进液口(11)和第一出液口(12)，在所述第一冷却槽(21)内、所述第一进液口(11)与所述第一出液口(12)之间设有第一阻隔块(13)，所述第一阻隔块(13)将所述第一进液口(11)与所述第一出液口(12)隔离；和/或
所述第二冷却槽(22)上设有第二进液口(18)和第二出液口(19)，在所述第二冷却槽(22)内、所述第二进液口(18)与所述第二出液口(19)之间设有第二阻隔块(20)，所述第二阻隔块(20)将所述第二进液口(18)与所述第二出液口(19)隔离。
3.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述第一阻隔块(13)上开设有至少一个第一沟槽；和/或
所述第二阻隔块(20)上开设有至少一个第二沟槽。
4.根据权利要求3所述的反应腔室，其特征在于，所述第一阻隔块(13)与所述第一冷却槽(21)的顶壁或底壁之间设有第一间隙；和/或
所述第二阻隔块(20)与所述第二冷却槽(22)的顶壁或底壁之间设有第二间隙。
5.根据权利要求1所述的反应腔室，其特征在于，在所述上法兰(15)的下端面上、所述第二冷却槽(22)的径向内侧设有隔热槽(10)。
6.根据权利要求5所述的反应腔室，其特征在于，所述隔热槽(10)的高度h2大于所述第二冷却槽(22)的高度h1。
7.根据权利要求2所述的反应腔室，其特征在于，所述第二进液口(18)和所述第二出液口(19)设于所述上法兰(15)的下端面，且所述第二进液口(18)处连接有进液管，所述第二出液口(19)处连接有出液管。
8.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述出液管在所述第二冷却槽(22)内的高度t3高于所述进液管在所述第二冷却槽(22)内的高度。
9.根据权利要求7所述的反应腔室，其特征在于，所述第二冷却槽(22)的高度h1与所述出液管在第二冷却槽(22)内的高度t3之间的差值为t4，所述出液管沿水平方向的截面面积与所述第二冷却槽(22)沿竖直方向上高度为t4时的截面面积相等，所述差值t3满足以下条件：
h1＝t3+t4；
其中，ID1为所述出液管的直径。
10.一种半导体热处理设备，其特征在于，包括密封圈和根据权利要求1-9中任一项所述的半导体热处理设备的反应腔室。
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| CN201922364823.3U CN211320054U (zh) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | 半导体热处理设备的反应腔室及半导体热处理设备 |
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| CN201922364823.3U CN211320054U (zh) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | 半导体热处理设备的反应腔室及半导体热处理设备 |
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| CN211320054U true CN211320054U (zh) | 2020-08-21 |
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| CN201922364823.3U Active CN211320054U (zh) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | 半导体热处理设备的反应腔室及半导体热处理设备 |
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2019
- 2019-12-25 CN CN201922364823.3U patent/CN211320054U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |