CN220265831U - 一种用于半导体处理腔的上盖 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于半导体处理腔的上盖，所述上盖包括：窗口和环绕窗口的外沿，窗口包括窗口中心区和包围窗口中心区的窗口边缘区，窗口边缘区与外沿连接，窗口边缘区的上表面位于外沿的上下表面之间，外沿与窗口边缘区的上表面之间构成第一凹部，所述外沿具有向窗口倾斜的第一侧壁，窗口边缘区的上表面具有第一弧面，第一弧面与第一侧壁连接，所述上盖可承受其内外的压强差。所述上盖既能够保证半导体处理腔内气流的稳定性，又能够承受其内外的压强差。

Description

一种用于半导体处理腔的上盖

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种用于半导体处理腔的上盖。

背景技术

目前常采用等离子刻蚀、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)等工艺方式对半导体工艺件或衬底进行微加工，例如制造柔性显示屏、平板显示器、发光二极管、太阳能电池等。微加工制造包含多种不同的工艺和步骤，其中，应用较为广泛的为化学气相沉积工艺，该工艺可以沉积多种材料，包括大范围的绝缘材料、大多数金属材料和金属合金材料，这种工艺一般在高真空的反应室内进行。

随着半导体器件特征尺寸的日益缩小以及器件集成度的日益提高，对化学气相沉积的薄膜均匀性提出了越来越高的要求。化学气相沉积装置虽经多次更新换代，性能得到极大提升，但在薄膜沉积均匀性方面仍存在诸多不足，尤其是随着基片尺寸日益增大，现有的气相沉积方法和设备已难以满足薄膜的均匀性要求。

在薄膜沉积过程中，多种工艺条件都会对基片表面薄膜沉积的均匀性造成影响，例如反应气体流动的方向和分布情况、基片的加热温度场情况、反应室内的压强分布情况等。若反应室内反应区域的工艺环境不完全一致，会使基片表面上沉积的薄膜产生厚度不均匀、组分不均匀、物理特性不均匀等不良现象，进而降低基片生产的良品率。因此，需要对现有的化学气相沉积装置进行改进以提高基片薄膜沉积的均匀性。此外对于硅或者硅锗材料的外延生长工艺来说，由于这些外延材料通常是半导体器件的底层，关键尺寸(CD)极小，通常只有几个纳米，而且不能承受长时间高温，否则会导致半导体器件损坏，所以需要在极短时间内加热基片到足够进行硅材料外延生长的温度，如1100-1200度。由于存在这种苛刻的升温要求，所以硅外延工艺通常是用高功率加热灯透过石英构成的透明反应腔体加热位于反应腔中的基片。由于反应腔内气压远低于石英反应腔外的大气压，为了维持反应腔体结构不因腔体内外巨大的压强差而变形或者碎裂，所以需要在腔体上设计抗压结构。比如在上下石英腔壁呈平板型的反应腔周围设置多个加强筋，或者将上下石英腔壁设计成呈圆穹顶形，以抵抗大气压强。这些石英制的外壁通常具有11-8mm的腔壁厚度，以抵抗大气压强的同时，尽量让更多辐射能量能穿透进入反应腔内部。这两种结构各有优劣，平板型的腔体可以保证气流在流过整个腔体时的稳定分布，但是上方大量加强筋(大于10个)会遮挡加热的辐射光，导致温度分布不均；对于穹顶形的反应腔温度分布更均匀，但是气流会在流入穹顶形的反应区域时产生大量混乱的紊流，导致气流分布很难调控。

因此，迫切需要一种用于反应腔的上盖，所述上盖既能够保证气流在整个腔体内的稳定分布，又能够承受其上下表面的压强差，且对红外辐射具有较高的透过率。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于半导体处理腔的上盖，既能够保证气流在整个腔体内的稳定分布，又能够承受其内外的压强差。

本实用新型提供一种用于半导体处理腔的上盖，所述上盖包括：窗口和环绕所述窗口外围的外沿，所述窗口包括位于其中心的窗口中心区和包围窗口中心区的窗口边缘区，所述窗口边缘区与所述外沿连接，所述窗口边缘区的上表面位于所述外沿的上表面和下表面之间，所述外沿与窗口边缘区的上表面之间构成第一凹部，且所述外沿具有向窗口倾斜的第一侧壁，所述第一凹部具有第一弧面，所述第一弧面与第一侧壁连接，所述上盖可承受其内外的压强差。

可选地，所述第一侧壁与外沿的上表面之间构成的夹角范围为：120°～1110°。

可选地，所述第一弧面的曲率半径范围为：10毫米～1100毫米。

可选地，所述窗口边缘区的下表面具有第一斜面，所述第一斜面的两端分别与外沿的下表面和窗口中心区的下表面相连。

可选地，所述第一斜面与外沿的下表面之间构成的夹角范围为：110°～1120°。

可选地，所述窗口的上表面和下表面均向远离外沿的下表面的方向拱起。

可选地，所述窗口为穹顶型结构，所述窗口的曲率半径范围为：800毫米～10000毫米。

可选地，所述窗口边缘区的下表面位于所述外沿的上表面和下表面之间，所述窗口中心区的上表面低于所述外沿的上表面，所述窗口中心区的下表面高于所述外沿的下表面，所述外沿与所述窗口中心区的上下表面分别通过窗口边缘区的上表面和下表面相连，所述外沿的下表面与窗口边缘区的下表面分别构成第二凹部。

可选地，所述半导体处理腔还包括进气口和出气口，一工艺气体沿一气流方向由所述进气口流入所述处理空间，由所述出气口流出所述处理空间；沿垂直于所述气流方向，所述外沿与窗口边缘区的上表面之间构成所述第一凹部，且所述第一凹部侧壁的外沿具有向窗口倾斜的所述第一侧壁，所述窗口边缘区的上表面具有所述第一弧面，所述窗口边缘区的下表面具有所述第一斜面；沿所述气流方向，所述窗口中心区的下表面与窗口边缘区的下表面齐平，所述外沿的内侧设有第二斜面；所述窗口的下表面高于外沿的下表面，所述上盖为拱形结构。

可选地，所述窗口的上表面设置有若干个条形加强筋，所述条形加强筋垂直于所述气流方向。

可选地，靠近所述进气口的条形加强筋数量少于靠近所述出气口的条形加强筋数量。

可选地，所述窗口可透过热辐射；所述窗口为石英材质。

可选地，所述窗口为透明的石英材质，所述外沿为透明或不透明的石英材质。

可选地，所述窗口中心区的下表面与窗口边缘区的下表面的最大高度差小于等于100毫米。

可选地，所述窗口中心区的下表面与窗口边缘区的下表面的最大高度差小于等于28毫米。

可选地，所述半导体处理腔的上部包括一开孔，所述开孔上设置所述上盖，所述上盖与半导体处理腔形成一处理空间，一承压壳体包围至少部分所述上盖，所述上盖与承压壳体形成一密闭空间，所述上盖设置在所述处理空间和密闭空间之间以实现两者的气密隔离，当所述上盖设置在所述开孔上时，所述上盖具有一朝向所述处理空间的下表面和一朝向所述密闭空间的上表面。

本实用新型的技术方案具有如下有益效果：

本实用新型提供了一种用于半导体处理腔的上盖，所述上盖设置在所述处理空间和密闭空间之间，所述处理空间与密闭空间的压强差不同，所述上盖能够承受其所述处理腔与密闭空间的压强差，且所述上盖中部的窗口包括窗口中心区和包围窗口中心区的窗口边缘区，所述窗口边缘区与外沿相连，所述外沿与窗口边缘区的上表面之间构成第一凹部，由于所述外沿具有向窗口倾斜的第一侧壁，因此，有利于形成较大曲率半径的窗口边缘区上表面的第一弧面，所述第一凹部、第一侧壁和第一弧面的设计有利于更好地承受处理空间与密闭空间之间的压力差。并且，由于所述窗口边缘区的上表面位于所述外沿的上表面和下表面之间，因此，所述外沿与窗口边缘区的上表面之间所构成的第一凹部向远离密闭空间的方向凹陷，使得当密闭空间内的压力小于处理空间内的压力时，根据受力分析，作用于凹部的压力较小，则所述第一凹部的厚度可做的较薄就能够承受其内外的压力差。

进一步地，所述窗口的上表面和下表面均向远离外沿的下表面的方向拱起，即：所述窗口向靠近密闭空间的方向凸起，根据受力分析，当密闭空间内的压力大于处理空间内的压力时，作用于窗口上的力较小，则所述窗口的厚度可做的较薄就能够承受其内外的压力差。

进一步地，所述窗口中心区与窗口边缘区的最大高度差小于等于100毫米，即所述窗口中心区与窗口边缘区的最大高度差较小，那么当所述上盖安装于所述半导体反应腔时，由窗口边缘区流至窗口中心区的过程中气流上下波动较小，换句话说，气流由窗口边缘区流至窗口中心区的过程中较稳定，更便于气流成分的调节和控制，有利于基片表面形成的化学沉积膜更加均匀。并且，所述上盖的厚度较薄，具有较好的红外透过率，另外，对于易损耗的上盖单独更换时更简单，相比处理腔整体更换降低了成本。

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为本实用新型的一种半导体处理腔结构示意图；

图2、图3和图4为本实用新型一种上盖的结构示意图；

图5、图6和7为本实用新型另一种上盖的结构示意图；

图8和图9为本实用新型又一种上盖的结构示意图；

图10为本实用新型的一种半导体处理设备结构示意图；

图11为本实用新型的另一种实施例中上盖和腔室框架的连接示意图；

图12为本实用新型的一种外延设备结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本实用新型基于现有技术中两种技术方案的优点不能相容的技术问题，提出了一种巧妙的解决方案，可以克服现有技术的不足，兼顾现有技术方案的有点，且设计简单，既能保证高红外透过率，又能实现均匀平整的的气流分布，同时降低使用成本。

本实用新型提供一种用于半导体处理腔的上盖，所述上盖与半导体处理腔形成一处理空间，所述上盖与承压壳体形成一密闭空间，所述上盖设置在所述处理空间和密闭空间之间以实现两者的气密隔离，所述上盖具有一朝向所述处理空间的下表面和一朝向所述密闭空间的上表面，具体的，所述上盖包括：位于所述上盖中部的窗口和环绕所述窗口的外沿，所述窗口可透过热辐射，所述窗口包括位于其中心的窗口中心区和包围窗口中心区的窗口边缘区，所述窗口边缘区与所述外沿连接，所述外沿与窗口边缘区的上表面之间构成第一凹部，且所述外沿具有向窗口倾斜的第一侧壁，所述窗口边缘区的上表面具有第一弧面，所述第一弧面与第一侧壁连接，所述上盖可承受其内外的压强差。所述上盖既能够保证气流在整个腔体内的稳定分布，又能够承受其上下表面的压强差，且红外透过率较高。

基于上述实用新型构思，可以有多种实施方式和变形，以下结合附图进行详细说明：

图1为本实用新型的一种半导体处理腔结构示意图。如图1所示为本实用新型的一种半导体处理腔侧面结构示意图，包括一个腔室框架110，在一些实施例中，其可以是一个中空的圆饼状框架，也可以是一个中空的长方体框架，可以是一体成型，也可以是分成多个部分组装在一起。在腔室框架相对的两侧设置有进气口111和出气口112，通过外接气源将工艺气体通入进气口111，可以在出气口连接一抽气泵，将工艺气体抽出；在一些实施例中，进气口111和出气口112如图1所示，设置在长方形腔室框架110的两个相对侧面，在另一些实施例中，也可以设置在其他位置。腔室框架110的材质可以是金属，以提供足够的机械强度。

在腔室框架110相对的两侧设置有上盖120和下盖130，在本实施例中，长方形的腔室框架110的上下两个面开有与上盖120和下盖130大小相对应的开孔，根据上盖120和下盖130的形状不同，开孔的形状和大小也可以相应调整。上盖120、下盖130和腔室框架110组装在一起后，可以在腔室框架110内侧围成一个处理空间140，待处理的基片W可以放在处理空间140中，上盖120的下表面位于处理空间中，进气口111和出气口112与处理空间140连通使工艺气体可以在处理空间140流动，上盖120可以透过红外热辐射，在一些实施例中，上盖120至少部分为透明材质，例如透明的石英，在另一些实施例中，下盖130和上盖120的材质相同。发出热辐射的装置设置在上盖外侧，使热辐射可以照射到处理空间140中的基片W上执行化学气相沉积工艺过程。在其他实施例中，下盖130的外侧也设置有发出热辐射的装置。在其他实施例中，也可以不包括下盖130外侧的热辐射装置，仅靠上盖120透过的红外辐射对基片W进行照射产生沉积反应。

在其他实施例中，腔室框架110和上盖120也可以是一体结构，在上盖120处具有更高的红外辐射透过率，而在腔室框架110处具有更高的机械强度以及低红外透射率。

如图1所示，在腔室框架110的外侧设置有一承压壳体1100，其材质可以为金属，是具有开孔的中空结构，承压壳体1100的开孔边缘通过紧固件与腔室框架110的外侧气密连接，至少将部分腔室框架110的上表面包括进其中空结构内部，紧固件可以为紧固螺丝，在本实施例中，承压壳体1100与腔室框架110的上表面气密连接，与上盖120的上表面和部分腔室框架110的上表面围成一密闭空间1110，用最小的承压壳体体积实现对上盖120上表面的包裹，上盖120的上表面位于密闭空间1110中，在其他实施例中，承压壳体1100也可以与腔室框架110的侧壁或者底壁气密连接。

在其他实施例中，承压壳体与上盖的边缘连接，具体连接方式可以通过装配环或连接部件等实现气密连接，密闭空间通过承压壳体1100和上盖的一部分围成。

所述承压壳体与上盖的边缘连接，适用于所述承压壳体与上盖构成的密闭空间与外界大气环境的压强差较小的情况，这样，所述承压壳体要承受的压力较小，那么承压壳体对上盖边缘的压力较小，使得上盖的边缘不易被承压壳体压碎。当所述密闭空间与外界大气环境的压强差较大时，所述承压壳体不能直接坐落于上盖的边缘，所述承压壳体与上盖的边缘之间设置转接环(图中未示意出)，所述转接环由所述窗口的边缘处延伸至腔室框架的上方，主要通过腔室框架承压，而所述窗口边缘承受的压力较小，使窗口边缘不易发生破碎。

在工艺过程中，为了在处理空间140中执行沉积反应，需要对处理空间140进行减压操作，此时，在处理空间140中的上盖120下表面和位于密闭空间1110中的上盖120上表面会存在比较大的气压差，通常，上盖120下表面的环境接近真空，而上盖120上表面的气压接近大气压，由此需要上盖具有足够的机械强度来承压，现有技术可以通过增加上盖120的厚度来提高机械强度，但是会降低红外辐射的透射率，造成了功率的浪费；也可以在上盖120的外侧密集设置加强筋，但是会对红外辐射造成遮挡，在有加强筋的位置和无加强筋的位置，对应在基片上产生辐射差异，造成沉积不均匀；或者将上盖120制成具有大弧面拱形的结构，但是相应的会使处理空间140的气流分布发生较大变化，造成气流的不均匀流动，同样导致沉积不均匀。所以，本实用新型在承压壳体1100外侧连接一调压装置1120(请参考图1)，用于在工艺过程中，通过调整密闭空间1110中的的气压，减少上盖120的上表面和其下表面所承受的气压差，使上盖120可以使用厚度更小的石英制作，并且，即使将上盖120面对基片W的一侧制成平面也不会被内外气压差损坏。在本实施例中，通过承压壳体1100围成的密闭空间1110包围上盖120与基片对应的上表面，并利用一调压装置1120在工艺过程减小密闭空间1110的气压，降低了工艺过程中上盖120内上表面相对于密闭空间为常压状态的气压差，使上盖120的形状和结构制作更加灵活，更能根据工艺过程的严格要求做调整，提高了基片W的处理质量。

在一些实施例中，调压装置1120可以包括一真空泵，在承压壳体1100上具有一密封管将密闭空间1110与真空泵相连，根据气压计的反馈调整密闭空间1110内的气压。在一些实施例中，执行工艺过程时，因为基片W待处理的一面主要接受透过上盖120的红外辐射进行加热，且工艺气流主要在基片W待处理的一面流动，所以下盖130的形状和厚度要求不高，也即下盖130可以通过加厚或较大拱形或加强筋等提高机械强度的形式而让其上表面处于大气环境，通过调整密闭空间1110的气压，在工艺过程中使上盖120的上表面所承受的气压大于等于处理空间140的气压，且小于下盖130的下表面所承受的气压，例如，密闭空间1110中的气压为0.10个大气压，处理空间中的气压接近真空，下盖130的下表面承受1个大气压，如此设计，在工艺过程中，当处理空间被抽成接近真空状态时，在本实用新型中使用具有更薄更平表面的上盖，其材质分子层面的结合力足以承受其上下表面由于不同气压所产生的张力而不至于在工作过程中破碎，而更薄的上盖120则使红外辐射透过率更高，在基片W获得相同辐射量的情况下，辐射源可以消耗更少的功率，同时，更平的表面让处理空间内的工艺气体流通更加平整稳定，不会在局部产生涡流，也就不会影响基片W局部的气体反应物稳定，因此可以获得基片W在不同位置的成膜均一性。此外，因为基片W的上表面对热辐射和气流均匀性要求较高，下表面主要通过基座传热，而且支撑基片的基座下方需要连接支架、穿透下盖的传动机构，以及位于处理腔外部的动力机构等也放在下方，所以在厚度和形状方面，下盖不如上盖要求高，也即不需要对处理腔下方做大范围改造，只需要承压壳体1100与腔室框架结合即可获得技术效果，优选的，所述承压壳体1100与腔室框架110的上表面结合即可实现对上盖的优化设计。并且，保留密闭空间1110内具有一定气压，可以提高其内气体流动的热交换效率，因为在真空环境下气体含量稀少，不利于上盖120的热量转移，也就不能对上盖120进行准确控温。

在其他实施例中，调压装置1120包括监测模块，具体可以是位于密闭空间1110和处理空间140中的气压计，用于实时反馈所处环境的气压信号，还包括控制模块，其可以设置初始的密闭空间1110和处理空间140的安全压强差，例如0.10个标准大气压或0个标准大气压，在该安全压强差下，本实用新型采用的一定厚度的上盖可以安全工作，当监测模块反馈的气压信号经过运算与初始设置的安全压强差数值有差距时，控制模块还可以动态的调整，以使上盖120上下表面所承受的压强差维持在预设值。

在本实施例中，以所述半导体处理腔包括承压壳体1100和调压装置1120为例进行说明，实际上，所述半导体处理腔可以不包括承压壳体和调压装置，即：所述上盖的上表面暴露于大气环境中。以下对上盖进行详细说明：

图2、3和图4为本实用新型一种上盖的结构示意图，其中，图3为沿E-E线的剖面结构示意图，图4为沿F-F线的剖面结构示意图。

请图2、3和图4，所述窗口221的下表面所在的平面高于外沿222的下表面所在的平面，使整个上盖120呈现一向上拱起的形状，如图4所示为垂直于气流方向的F-F线对本实施例的上盖120剖面图，所述窗口边缘区N的下表面具有所述第一斜面11211，使工艺气体在从进气口进入处理空间时可以减缓向上抬升的突变程度，避免在该处产生紊流，而在3所示为沿着气流方向E-E的剖面图中，外沿222内侧在与窗口221连接临近处具有一第二斜面11210，窗口221和外沿222连接处下方的第二斜面11210不仅可以在本实施例中优化对气流的调节，还可以使外沿222的下表面处于同一平面上，更有利于上盖120和腔室框架110的密封，因为上下起伏的平面会对密封条的选择提出更高的要求，而平面较容易达成一致的密封强度。同时，在本实施例中，也可以在上盖120的上表面设置连接窗口221和外沿222的条形加强筋323，以提高其机械强度。

所述窗口221包括位于其中心的窗口中心区M和包围窗口中心区M的窗口边缘区N，且所述边缘区N与外沿222连接，沿垂直于气流方向上，请参考图4，所述外沿222与窗口边缘区N的上表面之间构成所述第一凹部O’，且所述外沿222具有向窗口221倾斜的所述第一侧壁X’，所述窗口边缘区N的上表面具有所述第一弧面Y’，所述第一弧面Y’与所述第一侧壁X’相连。

由于所述外沿222的上表面与窗口边缘区N的上表面之间构成第一凹部O’，且所述外沿222具有向窗口221倾斜的第一侧壁X’，所述第一侧壁X’与外沿222的上表面之间构成的夹角范围为：120°～1110°,所述第一侧壁X’的设置是为了形成较大曲率半径的窗口边缘区N上表面的第一弧面Y’，具体所述第一弧面Y’的曲率半径范围为：10毫米～1100毫米，所述第一凹部O’、第一侧壁X’和第一弧面Y’的设计有利于更好地承受密闭空间与处理空间之间的压力差，这是因为：所述密闭空间与处理空间之间的差异，将在所述窗口221上产生应力，所述应力主要集中于窗口边缘区N与外沿222的连接处，而所述第一凹部O’侧壁的外沿222具有向窗口221倾斜的第一侧壁X’，且所述窗口边缘区N的上表面具有与第一侧壁X’相连的第一弧面Y’，这有利于分散施加于所述窗口221上的应力，因此，有利于提高所述上盖的承压能力；并且，当所述密闭空间的压力小于处理空间的压力时，所述窗口221受到指向所述密闭空间的压力，由于第一凹部O’向远离密闭空间的方向凹，使得作用于所述第一凹部O’上的外部气体压力一部分分解为沿所述第一凹部O’切面方向的力，另一方分解为垂直于第一凹部O’切面的力，即：所述第一凹部O’只需承担垂直于第一凹部O’切面的力，因此，具有第一凹部O’的窗口能够承受密闭空间的压力小于处理空间压力的工艺过程，而若所述窗口221直接由所述外沿222的上表面和下表面向密闭空间拱起时，很容易压碎所述窗口221，总之，具有第一凹部O’的窗口不仅不能适用于密闭空间压力大于处理空间压力的工艺过程，还能够适用于密闭空间压力小于处理空间压力的工艺过程，而直接由所述外沿222的上表面和下表面向密闭空间拱起的所述窗口221仅能够承受密闭空间压力大于处理空间压力的工艺过程，而难以适用于密闭空间压力小于处理空间压力的工艺过程。

所述窗口边缘区N的下表面具有所述第一斜面11211,所述第一斜面11211与外沿222的下表面之间构成的夹角范围为：110°～1120°，所述第一斜面11211的两端分别与外沿222的下表面和窗口中心区M的下表面相连，设置所述第一斜面11211的目的在于：所述第一斜面11211作为外沿222下表面与窗口中心区M下表面之间的过渡，使得气流由外沿222下表面流动至窗口221时，气流上下波动较小，有利于基片表面形成的化学沉积膜更加均匀。

在本实施例中，所述窗口中心区M与窗口边缘区N的最大高度差小于100毫米，使得工艺气流由窗口边缘区N流动至窗口中心区M再至窗口边缘区N的过程中较平稳，有利于提高在基片W表面形成的薄膜的均匀性。

图5、图6和7为本实用新型另一种上盖的结构示意图，图6为图5沿G-G线的剖面结构示意图，图7为图6中虚线区域的放大图。

在本实施例中，所述外沿222为圆环形，所述窗口的下表面和上表面均向远离外沿222的下表面的方向拱起。

所述窗口221的上方为密闭空间，所述窗口221的下方为处理空间，并标记所述密闭空间内的压力为第一压力P1，所述处理空间内的压力为第二压力P2，在实际的工艺过程中，当第一压力P1大于第二压力P2，由于所述窗口221为拱形时，根据受力分析，腔室承受的外部气体压力一部分分解为沿所述窗口221切面方向的力，另一方分解为垂直于窗口221切面的力，当窗口221为平面时需要承担这两种力之和，而所述窗口221设置为拱形结构后，所述窗口只需承担垂直于窗口221切面的力，因此，拱形结构的窗口221相对平板型窗口可以做的更薄就能够承受窗口221内外的压强差。同时，由于窗口221的厚度较薄，使得窗口221红外热辐射的透过效率很高，因此，更加有利于对基片温度的控制。

并且，请参考图6和图7，由于所述外沿222的上表面与窗口边缘区N的上表面之间构成第一凹部O，且所述外沿222具有向窗口221倾斜的第一侧壁X，所述第一侧壁X与外沿222的上表面之间构成的夹角范围为：120°～1110°,所述第一侧壁X的设置是为了形成较大曲率半径的窗口边缘区N上表面的第一弧面Y，具体所述第一弧面Y的曲率半径范围为：10毫米～1100毫米，所述第一凹部O、第一侧壁X和第一弧面Y的设计有利于更好地承受第一压力P1与第二压力P2之间的差异，这是因为：所述第一压力P1与第二压力P2之间的差异，将在所述窗口221上产生应力，所述应力主要集中于窗口边缘区N与外沿222的连接处，而所述第一凹部O侧壁的外沿222具有向窗口221倾斜的第一侧壁X，且所述窗口边缘区N的上表面具有与第一侧壁X相连的第一弧面Y，这有利于分散施加于所述窗口221上的应力，因此，有利于提高所述上盖的承压能力；并且，当所述第一压力P1小于第二压力P2时，所述窗口221受到指向所述密闭空间的压力，由于所述第一凹部O向远离密闭空间的方向凹，使得作用于所述第一凹部O上的外部气体压力一部分分解为沿所述第一凹部O切面方向的力，另一方分解为垂直于凹部O切面的力，即：所述第一凹部O只需承担垂直于第一凹部O切面的力，因此，具有第一凹部O的窗口能够承受第一压力P1小于第二压力P2的工艺过程，而若所述窗口221直接由所述外沿222的上表面和下表面向密闭空间拱起时，很容易压碎所述窗口221，总之，具有第一凹部O的窗口不仅适用于第一压力P1大于第二压力P2的工艺过程，还能够适用于第一压力P1大于第二压力P2的工艺过程，而直接由所述外沿222的上表面和下表面向密闭空间拱起的所述窗口221仅能够承受第一压力P1大于第二压力P2的工艺过程，而难以适用于第一压力P1小于第二压力P2的工艺过程。

另外，所述窗口边缘区N的下表面具有第一斜面Z，所述第一斜面Z与外沿222的下表面之间构成的夹角范围为：110°～1120°，所述第一斜面Z的两端分别与外沿222的下表面和窗口中心区M的下表面相连，设置所述第一斜面Z的目的在于：所述第一斜面Z作为外沿222下表面与窗口中心区M下表面之间的过渡，使得气流由外沿222下表面流动至窗口221时，气流上下波动较小，有利于基片表面形成的化学沉积膜更加均匀。

具体的，所述窗口221的厚度范围为：4毫米-12毫米，实际上，所述窗口221的厚度受窗口221内外的压强差和窗口221拱形结构拱高的影响，所述拱高指的是所述窗口中心区M与窗口边缘区N下表面的最大高度差，当窗口221拱形结构的拱高保持不变，减小所述窗口221内外的压强差，可使得所述窗口221的厚度做的更薄；当然，保持所述窗口221内外的压强差不变，可增加窗口221的拱高也可以使窗口221的厚度做的更薄，但是，拱高过高又不利于气流的平稳性，可根据工艺要求，综合调节窗口221的拱高、窗口221内外的压强差和窗口221的厚度以满足气流平稳性、承压能力和热透过性的要求。

在本实施例中，所述窗口221的厚度范围为：4毫米-12毫米；所述窗口221内外的压强差为0.2个标准大气压-0.8个标准大气压时，所述窗口中心区M与窗口边缘区N的最大高度差大于0毫米小于等于28毫米，所述窗口中心区M与窗口边缘区N的最大高度差K指的是：所述窗口中心区M中心位置到外沿222下表面之间的距离，所述窗口的曲率半径范围为：800毫米～10000毫米，即：所述窗口中心区M与窗口边缘区N的最大高度差较小，使得工艺气流由进气口进入反应腔后，由窗口边缘区N流动至窗口中心区M，再流动至窗口边缘区N的过程中，气流相对平滑，不会向上浮动太多，使得工艺气流整体平稳，有利于提高在基片W表面形成的薄膜的均匀性。

综上，选择拱形结构的所述窗口221具有较好的承压能力，且可以做的较薄，具有较好的红外热辐射的透过能力，且拱形结构的拱高不至于过大，有利于确保气流的平稳性，以提高在基片表面形成的薄膜的均匀性。

图8和图9为本实用新型又一种上盖的结构示意图，图9为图8沿H-H线的剖面结构示意图。

请参考图8和图9，在本实施例中，所述外沿222为圆环形，所述窗口221包括窗口中心区M和窗口边缘区N，所述窗口中心区M为平板状结构，所述窗口中心区M的中心线位于所述外沿222的下表面和上表面之间，即：所述窗口中心区M的上表面低于所述外沿222的上表面，所述窗口中心区M的下表面高于所述外沿222的下表面，所述外沿222与所述窗口中心区M通过具有弧面的窗口边缘区N相连,所述边缘区N与窗口221的中心区M的最大高度差小于等于28毫米，使得工艺气流由窗口边缘区N流动至窗口中心区M再至窗口边缘区N的过程中较平稳，有利于提高在基片W表面形成的薄膜的均匀性。

所述窗口边缘区N的上表面位于所述外沿222的上表面和下表面之间，所述外沿222与窗口边缘区N的上表面之间构成第一凹部O”，且所述外沿具有向窗口221倾斜的第一侧壁X”，所述窗口边缘区N的上表面具有第一弧面Y”，所述第一弧面Y”与第一侧壁X”连接。所述第一凹部O”、所述第一弧面Y”与第一侧壁X”的设计意义与上述相同，在此不做赘述。

所述窗口边缘区N的下表面位于所述外沿222的上表面和下表面之间，所述窗口中心区M的上表面低于所述外沿222的上表面，所述窗口中心区M的下表面高于所述外沿222的下表面，所述外沿222与所述窗口中心区M的上下表面分别通过窗口边缘区N的上表面和下表面相连，所述外沿222的下表面与窗口边缘区N的下表面分别构成第二凹部P，所述第二凹部P的设置，有利于防止气流的突变，使得气流由外沿222下表面流动至窗口221时，气流上下波动较小，有利于基片表面形成的化学沉积膜更加均匀。

本实用新型的上盖适用于需要承受上盖上下表面处于不同压强环境的设备中，关于所述设备的类型在此不做限定，如下以图3所示的上盖适用于半导体处理设备中进行详细说明，实际上所述半导体处理设备中的上盖还可以为图2或图4中的上盖：

如图10为本实用新型的一种半导体处理设备结构示意图，包括金属材质的腔室框架110，为整个半导体设备的其他部件组装提供基础，腔室框架110的横向两侧相对设置有进气口111和出气口112，用于通入工艺气体；可以透过热辐射的上盖120和下盖130，二者相对的设置于腔室框架110的上下两侧，在腔室框架110上表面设置有对应的开孔9110，上盖120可以嵌入开孔9110中，并通过密封条919与腔室框架110气密连接，腔室框架110、上盖120和下盖130围成一处理空间140；还包括位于处理空间140内的基座990，其上表面用于承载基片W，下表面通过一支架支撑，基片W的待处理面正对上盖120，支架可以带动基座990旋转，腔室框架110的一侧，在与进气方向垂直的方向上且低于进气口和出气口所在平面位置处开有传片口9111，传片口9111也可以在其他位置，当在工艺反应前后需要传送基片W时，支架可以带动基座向下降至传片口9111位置，方便基片W的取送；以及，一金属材质的承压壳体1100，其与腔室框架110气密连接，并与上盖120和腔室框架110围成一密闭空间1110；一调压装置1120用于在工艺过程中，通过调整密闭空间1110的气压，减少上盖120的上表面和上盖120的下表面相对于密闭空间1110为常压时所承受的气压差，使上盖120的形状与结构更利于红外辐射的透射和气流的均匀流通。在其他实施例中，半导体设备还包括加热灯组980，其位于密闭空间1110中，与上盖120具有一定距离，加热灯组980向外发出红外辐射，透过上盖120对基片W进行加热，使其在工艺气体环境中发生化学沉积反应。同时，在下盖130外侧也可以设置加热灯，发出透过下盖130的红外辐射对基座990进行加热，辅助基片W表面的成膜反应。在另一些实施例中，本实用新型的半导体设备还包括进气法兰913和出气法兰914，二者内部设置有气体管路，可以和外部气体源相连，对工艺气体进行调制，使处理空间140中的沉积反应更均匀。在一些实施例中，上盖120通过压紧环921强化上盖120和腔室框架110之间密封条919的气密性。

在本实用新型所公开的半导体处理设备中，上盖120包括位于上盖的中部的透明石英材质窗口和环绕所述窗口的不透明石英材质外沿，窗口的形状可以是圆形也可以是矩形，外沿用于通过密封圈和腔室框架气密连接。在承压壳体1100内部还具有热交换系统，包括气流调节系统，用于控制上盖120的温度，气流调节系统可以包括氦气源，用于在密闭空间1110处于低压状态时，冲入密闭空间1110内用于气体循环，促进上盖和承压壳体这件的热交换，实现对上盖的控温，氦气源可以在较小气压下实现较大的热交换效率。优选的，调压装置1120在工艺过程中使上盖120的上表面所承受的气压大于等于处理空间140的气压，且小于下盖130的下表面所承受的气压。

如图11所示，在一些实施例中，通过装配环10112和压紧环921装载上盖120后，上盖120和装配环10112共同安装到腔室框架110上，当进行多次工艺过程后，需要对处理腔进行维护时，可以将上盖120与装配环10112的整体拆卸并安装。因频繁拆装两个部件会对二者接触处造成安装误差，因此会影响密封效果，此外，当两个部件为不同材料时，叠加工艺过程中不同的热膨胀系数影响，会加重这种安装误差，本实施例中，每次拆装的部件装配环10112和腔室框架为同种材料，热膨胀时相容性更好，能够保持长久工艺过程的良好密封性。

本实用新型所述半导体处理设备的类型不做限定，例如：所述半导体处理设备可以为化学气相沉积设备，而所述化学气相沉积设备又分为好多种类型，在此不做限定，如下以所述化学气相沉积设置中的外延设备为例进行详细说明：

如图12所示为本实用新型的一种气相外延设备结构示意图，包括腔室框架110，其具有进气口111和出气口112，用于通入工艺气体，使基片W表面可以形成含硅外延层，进气口111和出气口112配合组装有进气法兰913和出气法兰914，进气法兰913上可以设置多路气流通路分别连接第一工艺气体11111、第二工艺气体11112和吹扫气体1118；上盖120和下盖130，二者相对的设置于所述腔室框架110的两侧，上盖120嵌入腔室框架110开设的开孔9110中，并通过压紧环921与密封条919强化上盖120与腔室框架110的气密连接，腔室框架110、上盖120和下盖130围成一处理空间140；位于处理空间140内的基座990，用于承载基片W；以及，承压壳体1100，其与腔室框架110气密连接，并与上盖120和腔室框架110围成一密闭空间1110；一调压装置1120用于在工艺过程中，通过调整密闭空间1110的气压，使上盖120的上表面所承受的气压大于等于处理空间140的气压，且小于下盖130的下表面所承受的气压，减少上盖120的上表面和上盖120的下表面所承受的气压差；位于密闭空间1110内的加热灯组980，其发出的热辐射可以穿透上盖120对基片W进行加热。

在本实用新型公开的其他气相外延设备中，还可以具有热交换系统11101，其可以是外接于承压壳体1100的气流调节系统，以在调压装置1120稳定密闭空间1110内的气压后，促进密闭空间1110内气体的循环，控制上盖120的温度，防止工艺气体在上盖120下表面的沉积，热交换系统11101也可以包括设置于密闭空间1110内部的风扇，来加强其内的气体循环。热交换系统11101还可以包括在承压壳体1100内部的冷却流体循环系统，来带走转移到承压壳体1100上的多余热量。

本实用新型公开的半导体处理腔，半导体处理设备以及气相外延设备通过在用于透过热辐射的上盖上方设置一承压壳体，使得上盖的窗口上表面位于一封闭空间内部，通过一调压装置调节所述封闭空间内部的气压小于外部大气压，降低了上盖在工艺过程中需承受的气压差，由此，可以设计具有厚度较小的上盖窗口以提高窗口的热辐射透过率和透过均匀性，或者可以设计具有较小拱起高度的上盖窗口，以提高工艺气流在处理空间内的稳定性。工艺气体在处理空间内的稳定流动和热量均匀高效地加热基片是基片进行均匀快速薄膜生长最为重要的因素，本实用新型通过将上盖上表面置于一承压壳体形成的密闭空间内，通过调整密闭空间气压作为外界大气压和内部处理空间的气压的过渡，降低了上盖上下表面承受的压力差，提高了上盖在热辐射透过方面和气流调节方面的表现，进而提高了基片处理的均匀性和稳定性。

在本实施例中，以所述半导体处理设备和气相外延设备均包括承压壳体1100和调压装置1120为例进行说明，实际上，所述半导体处理设备和气相外延设备可以都不包括承压壳体和调压装置，即：所述上盖的上表面暴露于大气环境中。

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)

1.一种用于半导体处理腔的上盖，其特征在于，包括：

窗口和环绕所述窗口外围的外沿，所述窗口包括位于其中心的窗口中心区和包围窗口中心区的窗口边缘区，所述窗口边缘区与所述外沿连接，所述窗口边缘区的上表面位于所述外沿的上表面和下表面之间，所述外沿与窗口边缘区的上表面之间构成第一凹部，且所述外沿具有向窗口倾斜的第一侧壁，所述第一凹部具有第一弧面，所述第一弧面与第一侧壁连接，所述上盖可承受其内外的压强差。

2.如权利要求1所述的上盖，其特征在于，所述第一侧壁与外沿的上表面之间构成的夹角范围为：120°～1110°。

3.如权利要求1所述的上盖，其特征在于，所述第一弧面的曲率半径范围为：10毫米～1100毫米。

4.如权利要求1所述的上盖，其特征在于，所述窗口边缘区的下表面具有第一斜面，所述第一斜面的两端分别与外沿的下表面和窗口中心区的下表面相连。

5.如权利要求4所述的上盖，其特征在于，所述第一斜面与外沿的下表面之间构成的夹角范围为：110°～1120°。

6.如权利要求1所述的上盖，其特征在于，所述窗口的上表面和下表面均向远离外沿的下表面的方向拱起。

7.如权利要求6所述的上盖，其特征在于，所述窗口为穹顶型结构，所述窗口的曲率半径范围为：800毫米～10000毫米。

8.如权利要求1所述的上盖，其特征在于，所述窗口边缘区的下表面位于所述外沿的上表面和下表面之间，所述窗口中心区的上表面低于所述外沿的上表面，所述窗口中心区的下表面高于所述外沿的下表面，所述外沿与所述窗口中心区的上下表面分别通过窗口边缘区的上表面和下表面相连，所述外沿的下表面与窗口边缘区的下表面分别构成第二凹部。

9.如权利要求4所述的上盖，其特征在于，所述上盖与半导体处理腔形成一处理空间，所述半导体处理腔还包括进气口和出气口，一工艺气体沿一气流方向由所述进气口流入所述处理空间，由所述出气口流出所述处理空间；沿垂直于所述气流方向，所述外沿与窗口边缘区的上表面之间构成所述第一凹部，且所述第一凹部侧壁的外沿具有向窗口倾斜的所述第一侧壁，所述窗口边缘区的上表面具有所述第一弧面，所述窗口边缘区的下表面具有所述第一斜面；沿所述气流方向，所述窗口中心区的下表面与窗口边缘区的下表面齐平，所述外沿的内侧设有第二斜面；所述窗口的下表面高于外沿的下表面，所述上盖为拱形结构。

10.如权利要求9所述的上盖，其特征在于，所述窗口的上表面设置有若干个条形加强筋，所述条形加强筋垂直于所述气流方向。

11.如权利要求10所述的上盖，其特征在于，靠近所述进气口的条形加强筋数量少于靠近所述出气口的条形加强筋数量。

12.如权利要求1所述的上盖，其特征在于，所述窗口可透过热辐射；所述窗口为石英材质。

13.如权利要求12所述的上盖，其特征在于，所述窗口为透明的石英材质，所述外沿为透明或不透明的石英材质。

14.如权利要求1所述的上盖，其特征在于，所述窗口中心区的下表面与窗口边缘区的下表面的最大高度差小于等于100毫米。

15.如权利要求14所述的上盖，其特征在于，所述窗口中心区的下表面与窗口边缘区的下表面的最大高度差小于等于28毫米。

16.如权利要求1所述的上盖，其特征在于，所述半导体处理腔的上部包括一开孔，所述开孔上设置所述上盖，所述上盖与半导体处理腔形成一处理空间，一承压壳体包围至少部分所述上盖，所述上盖与承压壳体形成一密闭空间，所述上盖设置在所述处理空间和密闭空间之间以实现两者的气密隔离，当所述上盖设置在所述开孔上时，所述上盖具有一朝向所述处理空间的下表面和一朝向所述密闭空间的上表面。