CN219547089U - 一种立式成膜装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种立式成膜装置，涉及半导体材料生产设备技术领域，主要结构包括进气室、反应室和搬运室；所述进气室设置于所述反应室的顶部，所述搬运室设置于所述反应室一侧，且所述搬运室与所述反应室之间设置有阀门。本实用新型中的立式成膜装置，感应热场加热线圈外置，通过交流电流产生交变电磁场，使流道自身升温发热热量传导至气体，同时具有较快的加热速度和局部加热等优点，缩短工艺前段预热时间减少能源损耗。

Description

一种立式成膜装置

技术领域

本实用新型涉及半导体材料生产设备技术领域，特别是涉及一种立式成膜装置。

背景技术

公开号为CN115928049A的专利文献中，公开了一种适用于立式成膜设备的进气结构，涉及半导体生产设备技术领域，主要结构包括进气室内设置的进气组合结构，进气组合结构中包括多个喷淋板，顶部的喷淋板与进气室内顶壁之间以及相邻的喷淋板之间分别设置有一进气层，进气室的侧壁上设置有多个进气口，每个进气层分别与一进气口相连通；每个进气层均独立的与反应室相连通。采用分层进气，反应气具备单独流道并用保护气体隔离的方式可减少反应气于进气室流道内混合反应形成沉积，长期进行薄膜制备仍有可能存在杂质附着和表面破损的情况。组件组合流道可及时更换组件确保进气均匀，使外延膜品质一致。各层流道通道数量和导管安装位置可根据情况进行调整，以满足不同生长工艺需要。

成膜装置在进行半导体晶片制备时，需要将原料气体和晶片加热至高温，过程中晶片随基座保持高速旋转，气体垂直向下流动与晶片表面接触反应开始外延生长。同时为满足连续生产，外延设备反应室与搬运装置相连，基座内部具有基板升降机构与搬运装置机械臂联动。

外延生长工艺的加热方式主要为电磁线圈加热和电阻加热。立式外延设备反应室上部进行气体预热，一般采用电阻式发热体加热。气体从顶部进入后沿套筒内部流道向下流动，热场升温产生热量经套筒辐射至气体，保温层防止热量向腔体辐射减少热量流失。反应室上部各组件相互叠加组合，热场由套筒和保温层遮挡。仍有部分反应气体通过间隙扩散进入热场区域，沉积于发热体表面影响发热效率降低热场使用寿命。

因此，亟需一种立式成膜装置，以缩短工艺前段预热时间减少能源损耗。

发明内容

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种立式成膜装置，以缩短工艺前段预热时间减少能源损耗。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种立式成膜装置，包括进气室、反应室和搬运室；所述进气室设置于所述反应室的顶部，所述搬运室设置于所述反应室一侧，且所述搬运室与所述反应室之间设置有阀门。

可选的，所述搬运室内设置有机械臂，所述机械臂用于基板在所述反应室和所述搬运室之间的转移。

可选的，所述反应室外侧设置有至少一个感应热场，所述感应热场用于对所述反应室内部进行加热。

可选的，所述反应室内下部设置有电阻热场。

可选的，所述进气室顶部设置有至少一个辐射温度计，所述辐射温度计用于测量晶片的温度。

可选的，所述反应室的侧壁包括由内向外依次设置的套筒、保温层、双层石英管和冷却管；所述双层石英管内设置有内喷板和外喷板，所述内喷板和所述外喷板上均设置有具有均布小孔；所述外喷板的外壁上设置有角度调整凸台，所述双层石英管的外层上位于所述角度调整凸台两侧设置有可控进液口。

可选的，所述反应室底部设置有基座，所述基座顶部用于放置基板，所述基板用于承载晶片。

可选的，所述反应室底部位于所述基座下方设置有提升机构，所述提升机构用于实现所述基板的升降。

可选的，所述反应室底部位于所述基座下方设置有旋转提升轴，所述旋转提升轴用于实现所述基板的升降。

可选的，所述旋转提升轴中部设置有保温组件。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型中的立式成膜装置，感应热场加热线圈外置，通过交流电流产生交变电磁场，使流道自身升温发热热量传导至气体，同时具有较快的加热速度和局部加热等优点，缩短工艺前段预热时间减少能源损耗。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为感应热场和电阻热场共同加热型立式成膜装置结构示意图；

图2为双感应热场加热型立式成膜装置结构示意图；

图3为单感应热场加热型立式成膜装置外延生长时结构示意图；

图4为单感应热场加热型立式成膜装置基板转运时结构示意图；

图5为石英管夹套内冷却管分布图；

图6为可调节冷却液进液速率石英管结构示意图；

图7为可调节冷却液进液速率石英管结构横截面示意图；

图8为石英管进液口结构局部放大图；

图9为可旋转外喷板外观结构图。

附图标记说明：1、进气室；2、反应室；3、冷却管；4、双层石英管；5、上保温层；6、套筒；7、感应热场；8、腔体侧法兰；9、隔断阀；10、搬运室；11、机械臂；12、下保温层；13、导气套筒；14、关断阀；15、真空泵；16、晶片；17、基板；18、电阻式热场；19、保温组件；20、提升机构；21、排气口；22、旋转机构；23、连接法兰；24、基座；25、基板感应热场；26、旋转提升轴；27、波纹管；28、旋转室；29、进水口；30、出水口；31、石英外管；32、外喷板；33、内喷板；34、石英内管；35、角度调整凸台；36、可控进液口；37、外喷液口；38、辐射温度计。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：

如图1以及图6至9所示，本实施例提供一种立式成膜装置，包括进气室1、反应室2和搬运室10；进气室1设置于反应室2的顶部，搬运室10设置于反应室2一侧，且搬运室10与反应室2之间设置有阀门。

于本具体实施例中，反应室2底部设置有基座24，基座24顶部用于放置基板17，基板17用于承载晶片16。

搬运室10内设置有机械臂11，机械臂11用于基板17在反应室2和搬运室10之间的转移。

反应室2的侧壁包括由内向外依次设置的套筒6、保温层、双层石英管4和冷却管3；双层石英管4内设置有内喷板33和外喷板32，内喷板33和外喷板32上均设置有具有均布小孔；外喷板32的外壁上设置有角度调整凸台35，双层石英管4的外层上位于角度调整凸台35两侧设置有可控进液口36。更具体的，双层石英管4由外到内分别为石英外管31、外喷板32、内喷板33和石英内管34；内喷板33保持固定，外喷板32的外侧呈180度设置有两个角度调整凸台35，通过一端的调节可控进液口36进液量推动角度调整凸台35，另一端设置相反的角度调整凸台35和进液口，两端进液量差异实现外喷板32旋转。外喷液口37和内喷液口重合为最大流量，外喷液口37和内喷液口呈一定角度错开时流量减小，使冷却过程中各阶段反应腔室内冷却速率尽量保持一致。进液口在圆周方向上均匀排布，进入外管和外喷板32的夹层后以小孔横向喷出带走内管表面热量。更进一步的，保温层包括上保温层5和下保温层12，在反应室2的一侧，位于上保温层5和下保温层12之间设置有腔体侧法兰8，腔体侧法兰8用于与阀门相连接。

于更具体实施例中，反应室2外侧设置有一感应热场7，反应室2内部位于基板17下方设置有一电阻式热场18。感应热场7环绕反应室2上部区域加热内部套筒6至高温，热量通过辐射传导的形式使流经套筒6的气体预热，套筒6和顶部固定端之间用石英套进行绝缘，并于进气室1和反应室2之间安装保温层避免进气室1出气端温度过高导致反应气体混合后发生沉积。

进气室1顶部设置有两个辐射温度计38，一个辐射温度计38用于测量晶片16中心处的温度，另一个辐射温度计38用于测量晶片16边缘处的温度，还可以再设置第三个辐射温度计38用于测量晶片16边缘与圆心之间某处的温度。

反应室2底部位于基座24下方设置有提升机构20，提升机构20用于实现基板17的升降。提升机构20顶部设置有保温组件19。

于又一具体实施例中，反应室2底部设置有用于与真空系统相连通的排气口21，真空系统包括真空泵15和关断阀14，关断阀14设置于真空泵15与排气口21之间。

实施例二：

如图2所示，本实施例是在实施例一的基础上改进的实施例，本实施例中的立式成膜装置，反应室2外侧设置有感应热场7和基板感应热场25，具体的，在反应室2一侧设置有用于与隔断阀9连接的连接法兰23，在反应室2外侧位于连接法兰23上方设置有感应热场7，在反应室2外侧位于连接法兰23上方设置有基板感应热场25；上部感应热场7使反应室2内部套筒6升温实现流经的气体预热。下部基板感应热场25线圈主要聚集于基板17区域，通电后基板17升温热量直接传导至晶片16使晶片16表面达到反应温度。基板17支撑座下端与旋转轴相连部分进行绝缘处理，例如过渡段用石英套连接，同时减少热量流失。原料气体与晶片16接触沉积外延生长，尾气沿基板17外边缘向下流动至排气口21，排气流道由基板17支撑座和外侧导气套筒13形成。石英腔体外侧加一层石英外壁作为冷却流道，机械臂11转运基板17通道外围也设置冷却流路，避免密封圈温度过高破损导致泄漏。

更进一步的，连接法兰23为双层圆筒结构，由连接法兰23和密封圈密封并与搬运室10相连，作为基板17转运的通道。

基座24内保温组件19和提升机构20均进行涂层处理或采用绝缘导热系数较低材料制成，避免受热变形同时减少热量流失。

实施例三：

如图3和4所示，本实施例是在实施例一的基础上改进的实施例，本实施例中的立式成膜装置，反应室2外侧设置有感应热场7，反应室2底部位于基座24下方设置有旋转提升轴26，旋转提升轴26用于实现基板17的升降。旋转提升轴26中部设置有保温组件19。原料气体和基板17由同一感应热场7加热，热场线圈主要集中于基板17一侧，沿气体预热套筒6向上逐渐减少。外延设备底部安装波纹管27与旋转室28相连，旋转室28整体提升时压缩波纹管27，基板17可随旋转提升轴26实现升降。外延生长前基板17抬升至石英管腔室内部并进行高速旋转，成膜完成后基板17停止旋转且降至金属腔体。基板17转运通道设置于金属腔体，反应段石英管结构简化为带水冷夹层的内外圆筒直管。基板17由感应热场7通过电磁感应实现升温，旋转轴承托基板17处为绝缘，同时于基板17下方安装保温层以减少向下的热量流失。

冷却管3包括设置于底部的进水口29和设置于上部的出水口30，进水口29在下出水口30在上的进液方式确保石英管夹层充满冷却水循环，进一步避免石英管于升温过程中发生碎裂。

工艺过程冷却段调整反应腔室基板外周环状区域内各段冷却液流速，使之保持一致实现均匀降温。多个冷却液进液口均布设置于石英管保护罩下部，各进液口同时通入相同流速的冷却液从石英管顶部排出，排液口也呈圆周均布且与进液口对应。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种立式成膜装置，其特征在于，包括进气室、反应室和搬运室；所述进气室设置于所述反应室的顶部，所述搬运室设置于所述反应室一侧，且所述搬运室与所述反应室之间设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的立式成膜装置，其特征在于，所述搬运室内设置有机械臂，所述机械臂用于基板在所述反应室和所述搬运室之间的转移。

3.根据权利要求1所述的立式成膜装置，其特征在于，所述反应室外侧设置有至少一个感应热场，所述感应热场用于对所述反应室内部进行加热。

4.根据权利要求1或3所述的立式成膜装置，其特征在于，所述反应室内下部设置有电阻热场。

5.根据权利要求1所述的立式成膜装置，其特征在于，所述进气室顶部设置有至少一个辐射温度计，所述辐射温度计用于测量晶片的温度。

6.根据权利要求1所述的立式成膜装置，其特征在于，所述反应室的侧壁包括由内向外依次设置的套筒、保温层、双层石英管和冷却管；所述双层石英管内设置有内喷板和外喷板，所述内喷板和所述外喷板上均设置有具有均布小孔；所述外喷板的外壁上设置有角度调整凸台，所述双层石英管的外层上位于所述角度调整凸台两侧设置有可控进液口。

7.根据权利要求1所述的立式成膜装置，其特征在于，所述反应室底部设置有基座，所述基座顶部用于放置基板，所述基板用于承载晶片。

8.根据权利要求7所述的立式成膜装置，其特征在于，所述反应室底部位于所述基座下方设置有提升机构，所述提升机构用于实现所述基板的升降。

9.根据权利要求7所述的立式成膜装置，其特征在于，所述反应室底部位于所述基座下方设置有旋转提升轴，所述旋转提升轴用于实现所述基板的升降。

10.根据权利要求9所述的立式成膜装置，其特征在于，所述旋转提升轴中部设置有保温组件。