CN219930239U - 一种气相沉积设备及其反应腔控温装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种气相沉积设备及其反应腔控温装置，反应腔控温装置包含设置在气相沉积设备的反应腔的腔盖上表面的隔热层和设置在隔热层上表面的冷却板，以及设置在反应腔的侧壁和腔盖之间的隔热环。本实用新型通过冷却板来降低腔盖温度，通过合理设置隔热层的厚度，确保冷却板既可以工作在安全温度，又能够提供足够的温度负反馈，使得冷却板对腔盖的控温更精确，令腔盖的降温更迅速，提高了降温效率。利用隔热环实现腔盖和侧壁之间的温度隔离，将侧壁和腔盖分开控温，减缓腔盖向侧壁的温度传导速度，令侧壁和腔盖之间形成温度差，从而降低反应腔内部的温度，令反应腔内部的探测部件和控制部件处于安全的操作温度环境中，延长了器件的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种气相沉积设备及其反应腔控温装置。
背景技术
在半导体制造业，气相沉积设备用于将反应气体沉积至基片上形成薄膜材料，沉积设备通常包含反应腔，反应腔内设置用于承载基片的基座，反应腔内还设置有加热器对基片进行加热，反应腔顶部设置有进气装置，用于通入反应气体，相应地，反应腔上也设置有排气装置，用于排出反应后的产物。由于沉积制程执行过程中需要持续加热维持反应腔处于大于100°的高温环境中，当内外部环境发生改变时，仅凭加热器很难将反应腔的温度维持在固定值，也很难对反应腔的温度进行精细的调节，导致反应腔升温或降温过慢，于沉积制程不利。而且反应腔中的很多探测部件和控制部件都是不耐高温的，会增加这些部件的更换频率，增加了成本。
这里的陈述仅提供与本实用新型有关的背景技术，而并不必然地构成现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种气相沉积设备及其反应腔控温装置，对反应腔的腔盖和侧壁分开控温，实现对腔盖温度的精确控制，减缓腔盖向侧壁的温度传导速度，降低反应腔内温度，提升控温效率。
为了达到上述目的，本实用新型提供一种反应腔控温装置，用于气相沉积设备，所述气相沉积设备包含具有侧壁和腔盖的反应腔、位于腔盖下方且与所述腔盖接触的气体喷淋头和位于所述气体喷淋头下方的加热器，所述反应腔控温装置包含：
隔热层，其设置在所述腔盖的上表面；
冷却板，其设置于所述隔热层的上表面，所述冷却板中设置有冷却通道，所述冷却通道中可以通入冷却介质。
所述反应腔控温装置包含：隔热环，其设置在所述侧壁的上端和所述腔盖之间。
所述隔热层和所述隔热环的材料采用含氟塑料。
所述隔热层的厚度值与所述冷却板的制冷功率的高低成正相关关系；所述隔热层的厚度值与所述腔盖的温度值成正相关关系。
较佳地，所述隔热层的厚度为1mm～10mm。
所述隔热环中具有多个空腔，所述空腔呈点状分布，或线状分布，或环状面分布。
所述冷却通道呈平面螺旋盘状设置。
所述冷却介质为水或冷却液。
所述冷却板还包含循环驱动装置，其分别连接所述冷却通道的进口和出口，用于驱动所述冷却通道中的冷却介质在所述冷却通道中循环流动。
所述冷却板还包含控温装置，其连接所述冷却通道，用于控制所述冷却通道中的冷却介质的温度。
本实用新型还提供一种气相沉积设备，包含：
反应腔，所述反应腔包含侧壁和腔盖；
进气装置，其包含设置在所述腔盖下方的气体喷淋头；
基座，其设置在所述反应腔内，所述基座内设置加热器，所述基座用于承载基片；
排气装置，其包含设置在所述腔体侧壁上的排气泵环；
所述的反应腔控温装置。
所述气体喷淋头和所述腔盖之间具有一空腔，所述进气装置还包含进气管路，所述进气管路的一端与气源连接，另一端连通至所述空腔。
所述隔热层上具有第一通孔，所述冷却板上具有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔用于容纳所述进气管路。
所述隔热环设置在所述排气泵环和所述反应腔的侧壁之间。
所述反应腔的侧壁上设置有基片进出口，所述基片进出口位于所述隔热环的下方。
所述基座可以上升到工艺位置，在所述工艺位置，所述基座的上表面高于所述隔热环的下表面。
本实用新型通过冷却板来降低反应腔的腔盖温度，在冷却板和腔盖之间设置隔热层，通过合理设置隔热层的厚度，确保冷却板既可以工作在安全温度，又能够提供足够的温度负反馈，使得冷却板对腔盖的控温更精确，令腔盖的降温更迅速，提高了降温效率。本实用新型同时利用隔热环实现反应腔的腔盖和侧壁之间的温度隔离，将侧壁和腔盖分开控温，减缓腔盖向侧壁的温度传导速度，令侧壁和腔盖之间形成温度差，从而降低反应腔内部的温度，令反应腔内部的探测部件和控制部件处于安全的操作温度环境中，延长了器件的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型提供的一种气相沉积设备的结构示意图。
图2～图4是隔热环的三种实施例的俯视剖视图。
具体实施方式
以下根据图1～图4，具体说明本实用新型的较佳实施例。
本实用新型通过分析反应腔内部各个部件之间的热量传导路径，为了适应气相沉积过程中温度控制的准确性和及时性，在特定位置设置可以改变热量传导量的结构，提高热源和冷源的能量利用效率。
如图1所示，本实用新型提供一种气相沉积设备，所述气相沉积设备包含具有侧壁101和腔盖102的反应腔1，所述反应腔的侧壁101上设置有基片进出口7，用于传输基片3。反应腔1内设置基座2，所述基座2的顶部承载基片3，所述基座2内设置有加热器4，用于加热基片3。所述气相沉积设备具有进气装置和排气装置，所述进气装置包含气体喷淋头5和进气管路501，进气管路501可以有多条，所述气体喷淋头5设置在所述腔盖102下方，且所述气体喷淋头5与所述腔盖102相互接触，所述气体喷淋头5和所述腔盖102之间具有一空腔502，所述进气管路501的一端与气源(图中未显示)连接，另一端穿过所述腔盖101上的通孔1021连通至所述空腔502，来自气源的反应气体通过所述进气管路501输入所述空腔502，在所述空腔502中混合均匀后，通过所述气体喷淋头5上的若干通孔释放到所述反应腔1内部，结合适当的工艺条件，使反应气体可以通过吸附或化学反应的方式沉积至所述基片3表面形成薄膜。所述排气装置包含设置在所述侧壁101上的排气泵环6，制程过程中，通过排气泵环6维持腔室内的气压条件，并且通过排气泵环6调整气流分布和反应气体浓度，二者共同作用保证成膜的质量，在沉积制程结束后生成的反应副产物和反应剩余气体皆通过所述排气泵环6排出，令所述反应腔1内恢复干净环境。
所述气相沉积设备具有反应腔控温装置，所述反应腔控温装置包含设置在所述腔盖102上表面的隔热层8，以及设置在所述隔热层8上表面的冷却板9，隔热层8的上表面与冷却板9接触，下表面与腔盖102接触，可以阻碍从腔盖102向冷却板9传递的热量，一方面降低腔室内加热器的热量损耗，另一方面，也可也保护冷却板9，防止其受热损坏，例如因温度过高对冷却流体热性质的改变。所述隔热层8上具有第一通孔801，所述冷却板9上具有第二通孔901，所述第一通孔801和所述第二通孔901用于容纳所述进气管路501，以免妨碍反应气体输送进入气体喷淋头5。
所述冷却板9中设置有冷却通道902，所述冷却通道902中可以通入冷却介质，因隔热层8的设置，降低了冷却板9的使用环境的温度下限，使所述冷却介质可以为水或冷却液，所述冷却通道902呈平面螺旋盘状设置，这种分布方式能够尽可能使所述冷却通道902在所述冷却板9中均匀分布，令所述冷却板9上各个区域的冷却效果趋于一致，获得均匀的冷却效果。所述冷却板9具有循环驱动装置903，其分别连接所述冷却通道902的进口和出口，用于驱动所述冷却通道902中的冷却介质在所述冷却通道902中循环流动。所述冷却板还具有控温装置904，其连接所述冷却通道902，用于控制所述冷却通道902中的冷却介质的温度，也即是调节所述冷却板9的制冷功率的大小。所述控温装置904令温度较低的冷却介质输入所述冷却通道902，所述循环驱动装置903驱动所述冷却介质在所述冷却通道902中循环流动，所述冷却板9通过所述隔热层8与所述腔盖102进行热量交换，从而使所述腔盖102的温度降低，热量交换之后，所述冷却通道902中的冷却介质的温度升高，所述控温装置904同样可以采用热交换的方式降低冷却介质的温度后令降温后的冷却介质再次输入所述冷却通道902中循环流动，周而复始，持续对所述腔盖102进行降温。
在某些沉积制程中，反应腔1中的反应温度非常高，甚至腔盖102的温度已经超过了200度，所述冷却板9很难承受如此高温，无法保证正常工作，容易引发安全问题，需要通过调节所述隔热层8的厚度来确保所述冷却板9工作在安全温度范围内。所述隔热层8的材料采用含氟塑料，所述隔热层8的厚度值与所述冷却板9的制冷功率的高低成正相关关系，且所述隔热层8的厚度值与所述腔盖102的温度值也成正相关关系，即是说，所述冷却板9的制冷功率越高，所述隔热层8的厚度就要设置的越厚，所述冷却板9的制冷功率越低，所述隔热层8的厚度就设置的薄一些，同理，如果所述腔盖102的温度值越高，所述隔热层8的厚度就要设置的越厚，如果所述腔盖102的温度值越低，所述隔热层8的厚度就设置的薄一些。在本实施例中，所述隔热层8的厚度一般可以设置为1mm～10mm，即可满足需要。通过合理设置所述隔热层8的厚度，确保所述冷却板9既可以工作在安全温度，又能够提供足够的温度负反馈，使得所述冷却板9对所述腔盖102的控温更精确，令所述腔盖102的降温更迅速，提高了降温效率。
进一步，所述反应腔控温装置还包含隔热环10，所述隔热环10设置在所述侧壁101的上端和所述腔盖102之间，所述隔热环10的材料同样采用含氟塑料，其作用是将所述侧壁101和所述腔盖102分开控温，由于所述侧壁101和所述腔盖102都采用金属材料(例如铝)，在所述侧壁101和所述腔盖102的接触面上增设隔热环10，以减缓所述腔盖102向所述侧壁101的温度传导速度，容易令所述侧壁101和所述腔盖102之间形成温度差(所述温度差至少可以达到50度)，从而降低所述反应腔1内部的温度，令反应腔1内部的探测部件和控制部件(比如压力计，阀门，升降机构)处于安全的操作温度环境中，延长了器件的使用寿命。在一些实施例中，基座2具有可升降功能，在工艺反应时，基座2上升到工艺位置，此时基座2的上表面高于隔热环10的下表面，保证工艺过程中，基座和气体喷淋头5之间的反应空间维持高温，而其他部分可以保持相对的低温状态，节约能量。
所述隔热环10除了采用隔热材料实现温度隔离，还可以通过结构设计来实现温度隔离。如图2所示，在一个实施例中，所述隔热环10中具有多个点状空腔1011，所述点状空腔1011沿所述隔热环10的圆周方向间隔均匀分布，所述点状空腔1011减少了所述隔热环10的接触面积，从而减少了所述隔热环10在所述侧壁101和所述腔盖102之间的热传导，以减缓所述腔盖102向所述侧壁101的温度传导速度。如图3所示，在另一个实施例中，所述隔热环10中具有多个条状空腔1012，所述条状空腔1012沿所述隔热环10的圆周方向间隔均匀分布，进一步减少了所述隔热环10的接触面积，从而减少了所述隔热环10在所述侧壁101和所述腔盖102之间的热传导，以减缓所述腔盖102向所述侧壁101的温度传导速度。如图4所示，在又一个实施例中，所述隔热环10中具有至少一个环状空腔1013，多个环状空腔1013之间同轴设置，所述环状空腔1013最大限度地减少了所述隔热环10的接触面积，从而减少了所述隔热环10在所述侧壁101和所述腔盖102之间的热传导，以减缓所述腔盖102向所述侧壁101的温度传导速度。
在本实施例中，所述排气泵环6设置在所述腔盖102的下表面，则所述隔热环10设置在所述排气泵环6下方，借助所述排气泵环6，所述隔热环10进一步扩大了所述侧壁101和所述腔盖102之间的距离，更加有利于扩大所述侧壁101和所述腔盖102之间的温度差。同时，所述隔热环10设置在所述基片进出口7的上方，以避免所述隔热环10将所述侧壁101分隔成分立的多个部分，影响所述侧壁101的热传递。
本实用新型通过冷却板来降低反应腔的腔盖温度，在冷却板和腔盖之间设置隔热层，通过合理设置隔热层的厚度，确保冷却板既可以工作在安全温度，又能够提供足够的温度负反馈，使得冷却板对腔盖的控温更精确，令腔盖的降温更迅速，提高了降温效率。本实用新型同时利用隔热环实现反应腔的腔盖和侧壁之间的温度隔离，将侧壁和腔盖分开控温，减缓腔盖向侧壁的温度传导速度，令侧壁和腔盖之间形成温度差，从而降低反应腔内部的温度，令反应腔内部的探测部件和控制部件处于安全的操作温度环境中，延长了器件的使用寿命。
需要说明的是，在本实用新型的实施例中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (16)
1.一种反应腔控温装置，用于气相沉积设备，所述气相沉积设备包含具有侧壁和腔盖的反应腔、位于腔盖下方且与所述腔盖接触的气体喷淋头和位于所述气体喷淋头下方的加热器，其特征在于，所述反应腔控温装置包含：
隔热层，其设置在所述腔盖的上表面；
冷却板，其设置于所述隔热层的上表面，所述冷却板中设置有冷却通道，所述冷却通道中可以通入冷却介质。
2.如权利要求1所述的反应腔控温装置，其特征在于，所述反应腔控温装置包含：隔热环，其设置在所述侧壁的上端和所述腔盖之间。
3.如权利要求2所述的反应腔控温装置，其特征在于，所述隔热层和所述隔热环的材料采用含氟塑料。
4.如权利要求1所述的反应腔控温装置，其特征在于，所述隔热层的厚度值与所述冷却板的制冷功率的高低成正相关关系；所述隔热层的厚度值与所述腔盖的温度值成正相关关系。
5.如权利要求4所述的反应腔控温装置，其特征在于，所述隔热层的厚度为1mm～10mm。
6.如权利要求2所述的反应腔控温装置，其特征在于，所述隔热环中具有多个空腔，所述空腔呈点状分布，或线状分布，或环状面分布。
7.如权利要求1所述的反应腔控温装置，其特征在于，所述冷却通道呈平面螺旋盘状设置。
8.如权利要求1所述的反应腔控温装置，其特征在于，所述冷却介质为水或冷却液。
9.如权利要求1所述的反应腔控温装置，其特征在于，所述冷却板还包含循环驱动装置，其分别连接所述冷却通道的进口和出口，用于驱动所述冷却通道中的冷却介质在所述冷却通道中循环流动。
10.如权利要求1所述的反应腔控温装置，其特征在于，所述冷却板还包含控温装置，其连接所述冷却通道，用于控制所述冷却通道中的冷却介质的温度。
11.一种气相沉积设备，其特征在于，包含：
反应腔，所述反应腔包含侧壁和腔盖；
进气装置，其包含设置在所述腔盖下方的气体喷淋头；
基座，其设置在所述反应腔内，所述基座内设置加热器，所述基座用于承载基片；
排气装置，其包含设置在所述反应腔的侧壁上的排气泵环；
如权利要求1～10中任意一项所述的反应腔控温装置。
12.如权利要求11所述的气相沉积设备，其特征在于，所述气体喷淋头和所述腔盖之间具有一空腔，所述进气装置还包含进气管路，所述进气管路的一端与气源连接，另一端连通至所述空腔。
13.如权利要求12所述的气相沉积设备，其特征在于，所述隔热层上具有第一通孔，所述冷却板上具有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔用于容纳所述进气管路。
14.如权利要求11所述的气相沉积设备，其特征在于，所述反应腔控温装置包含：隔热环，其设置在所述侧壁的上端和所述腔盖之间，所述隔热环设置在所述排气泵环和所述反应腔的侧壁之间。
15.如权利要求11所述的气相沉积设备，其特征在于，所述反应腔控温装置包含：隔热环，其设置在所述侧壁的上端和所述腔盖之间，所述反应腔的侧壁上设置有基片进出口，所述基片进出口位于所述隔热环的下方。
16.如权利要求15所述的气相沉积设备，其特征在于，所述基座可以上升到工艺位置，在所述工艺位置，所述基座的上表面高于所述隔热环的下表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |