CN111029282B - 热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热处理装置，涉及半导体制造技术领域，该热处理装置包括：反应腔室，反应腔室包括腔体和设置在腔体底部的工艺门，其中，工艺门上设置有边缘匀流通道，边缘匀流通道具有至少一个进气口和多个出气口，多个出气口位于工艺门朝向反应腔室内部的表面上，边缘匀流通道用于将吹扫气体均匀输出至反应腔室内的边缘区域。采用本发明的热处理装置可以防止吹扫气体影响反应腔室内部的气体流量和气压，从而避免吹扫气体对工艺效果产生影响。

Description

热处理装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种热处理装置。

背景技术

热处理装置（例如立式热处理设备）作为半导体制造工艺制程中的前道工艺处理设备，主要进行氧化薄膜、退火、低压力化学气相沉积（Low Pressure Chemical VaporDeposition，LPCVD）等热处理工艺。工艺过程中会通入C₂H₂Cl₂、Cl₂或HCl等腐蚀性气体。腐蚀性气体对于暴露于反应腔室内的金属工艺门（起密封作用），支撑保温桶的金属旋转盘等部件具有比较强的腐蚀性，金属部件被腐蚀后产生的腐蚀物，伴随着反应腔室内的气流附着于硅片的表面造成硅片的污染，影响工艺效果。

因此，传统的热处理装置在反应腔室的底部设置有吹扫结构，通过少量的气体在金属部件表面形成密封保护层，既对金属部件进行保护，同时也可以有效的解决金属腐蚀物对硅片污染的问题。如图1所示，传统的热处理装置，在反应腔室底部的中心位置，石英保温桶16的底座与工艺门石英板15之间形成有气体导流结构，通过工艺门12中心的吹扫结构2a和边缘的吹扫结构2b，使吹扫气体能够沿气体导流结构流动，并在其中形成正压填充，防止腐蚀性气体接触旋转盘13和工艺门12的表面，实现对旋转盘13和工艺门12中心位置的保护。另外，反应腔室底部的边缘位置，工艺门12、反应腔室的侧壁和石英板15之间也形成有气体导流结构，通过吹扫结构2a和2b，使吹扫气体能够沿该气体导流结构流动，并在其中形成正压填充，隔绝腐蚀性气体接触工艺门12的边缘表面，实现对工艺门12边缘保护。

然而，在传统的热处理装置中，吹扫结构2b的吹扫气体进入反应腔室后，工艺门边缘处的吹扫气流分布不均匀，如果吹扫结构2b的吹扫气体的流量较小，则距离吹扫结构2b出气口较远的位置不能形成气体保护；如果吹扫结构2b的吹扫气体的流量较大，则会对反应腔室内部的气流均匀性造成影响。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种热处理装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种热处理装置，包括反应腔室，所述反应腔室包括腔体和设置在所述腔体底部的工艺门，其中，所述工艺门上设置有边缘匀流通道，所述边缘匀流通道具有至少一个进气口和多个出气口，所述多个出气口位于所述工艺门朝向所述反应腔室内部的表面上，所述边缘匀流通道用于将吹扫气体均匀输出至所述反应腔室内的边缘区域。

可选地，所述边缘匀流通道沿所述工艺门的周向设置，所述多个出气口沿所述工艺门的周向均匀排布。

可选地，所述反应腔室的底部区域设置有排气结构，所述排气结构用于将所述反应腔室内的至少一部分所述吹扫气体排出所述反应腔室。

可选地，所述工艺门通过连接件与所述腔体的侧壁相连；

所述排气结构包括：第一排气通道、第二排气通道和排气管路；所述第一排气通道、所述第二排气通道和所述排气管路依次连通；

所述第一排气通道设置在所述连接件内部且与所述反应腔室的内部连通，所述第二排气通道设置在所述工艺门的内部，所述排气管路与所述第二排气通道连通，并伸出所述工艺门。

可选地，所述第一排气通道为多个，均与所述第二排气通连通。

可选地，所述多个第一排气通道沿所述连接件的周向均匀排布。

可选地，所述工艺门上设置有旋转盘，所述旋转盘位于所述反应腔室内；

所述工艺门背离所述旋转盘的一侧还设置有旋转轴，所述旋转轴穿过所述工艺门与所述旋转盘连接；

所述工艺门与所述旋转盘之间还设置有石英板；所述旋转轴内设置有中心进气通道，用于向所述石英板和所述旋转盘之间输送吹扫气体。

可选地，所述旋转轴内还设置有的中心匀流通道，所述中心匀流通道为环绕所述旋转轴轴线的环形通道；

所述中心进气通道与所述中心匀流通道的进气口连通，所述中心匀流通道的出气口为多个，均设置在所述旋转轴的侧壁上，且沿所述旋转轴的周向均匀排布。

可选地，所述旋转轴包括：主体部和环绕所述主体部的安装部，所述安装部设置在所述工艺门背离所述腔体的一侧，所述安装部与所述工艺门之间设置有密封圈，所述中心进气通道和所述中心匀流通道均设置在所述主体部内。

可选地，所述排气结构上设置有流量调节结构，所述流量调节结构包括用于调节气体流量的流量调节部件和/或用于监测气体流量的流量监测部件。

本发明具有以下有益效果：

采用本发明实施例的热处理装置，通过边缘匀流通道可以将吹扫气体均匀输出至反应腔室内的边缘区域，从而在对距离吹扫结构出气口较远的位置形成气体保护的同时，避免对反应腔室内部的气流均匀性造成影响。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为传统的热处理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的热处理装置的结构示意图；

图3为图2所示结构的局部示意图；

图4为本发明实施例提供的工艺门的纵剖图；

图5为本发明实施例提供的工艺门的俯视图；

图6为本发明实施例提供的旋转轴的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明实施例提供一种热处理装置，图2为本发明实施例提供的热处理装置的结构示意图，图3为图2所示结构的局部示意图，如图2、图3所示，该热处理装置包括：反应腔室，反应腔室包括腔体1和设置在腔体1底部的工艺门12，其中，工艺门12上设置有边缘匀流通道21，边缘匀流通道21具有至少一个进气口和多个出气口，多个出气口位于工艺门12朝向反应腔室内部的表面上，边缘匀流通道21用于将吹扫气体均匀输出至反应腔室内的边缘区域。

在本发明实施例中，边缘区域主要是指位于反应腔室底部区域的、靠近腔体1的侧壁的环形区域，在边缘区域中，工艺门12与设置在该工艺门12上方的石英板15之间具有间隙，边缘匀流通道21的多个出气口23可以分布在该间隙中的不同位置，且均朝向该间隙，以使吹扫气体可以经过多个出气口被均匀的输出至该间隙中。吹扫气体的气体流向如图2中用于指示“边缘区域吹扫气体进入流向”的箭头所示，吹扫气体进入该间隙后，覆盖边缘区域的工艺门12的表面，并从石英板15与腔体1的侧壁之间的缝隙进入石英板15的上方，从而使反应腔室底部的边缘区域充满吹扫气体，该吹扫气体使边缘区域的工艺门12的表面与反应腔室中的工艺气体隔绝开，避免边缘区域的工艺门12的表面受到工艺气体的腐蚀。

采用本发明实施例的热处理装置，通过边缘匀流通道21可以将吹扫气体均匀输出至所述反应腔室内的边缘区域的各个位置，从而可以实现对边缘区域形成有效的气体保护，且不会对反应腔室内的工艺气体的气流产生干扰，避免影响工艺结果。

在本发明实施例中，如图2所示，工艺门12上设置有用于热处理工艺的部件（如保温桶16），腔体1的底部设置有开口，工艺门12可以在驱动装置的驱动下，将设置在工艺门12上的部件通过腔体1底部的开口送入腔体1中进行热处理工艺。边缘匀流通道21具体用于将吹扫气体均匀输出至保温桶16与腔体1的侧壁之间。工艺门12与腔体1的底部可以连接并密封，防止腔体1内的工艺气体外泄。

图4为本发明实施例提供的工艺门的纵剖图，图5为本发明实施例提供的工艺门的俯视图，结合图3至图5所示，在一些具体实施例中，边缘匀流通道21沿工艺门12的周向设置，多个出气口23沿工艺门12的周向均匀排布。

具体地，边缘匀流通道21可以为环绕反应腔室轴线的环形通道，边缘匀流通道21的多个出气口23位于边缘匀流通道21的顶部，边缘匀流通道21的进气口位于边缘匀流通道21的底部，边缘匀流通道21的进气口的数量可以为一个，也可以为多个，在此不做限定。工艺门12上还可以设置有边缘进气通道22，边缘进气通道22与边缘匀流通道21的进气口连通，用于向边缘匀流通道21输送吹扫气体。其中，边缘进气通道22沿竖直或接近竖直的方向设置。

需要说明的是，在实际应用中，可以将边缘匀流通道21的进气口的位置设置在相邻两个出气口23之间，而不与出气口23正对，从而使吹扫气体进入边缘匀流通道21后，先沿边缘匀流通道21的周向运动，之后再从边缘匀流通道21的出气口23输出。

在本发明实施例中，反应腔室的底部区域还设置有排气结构4，排气结构4用于将反应腔室内的至少一部分吹扫气体排出反应腔室。与传统的热处理装置相比，本发明实施例通过排气结构4可以及时将进入反应腔室内部的吹扫气体排出反应腔室，从而防止吹扫气体影响反应腔室内部的气体流量和气压。

其中，排气结构4可以设置在反应腔室底部区域的边缘位置，以使得吹扫气体仍可以对反应腔室底部区域进行有效的保护。具体地，排气结构4可以设置在工艺门12与腔体1的侧壁的连接处。如图3所示，工艺门12通过连接件11与腔体1的侧壁相连，连接件11具体可以为法兰。排气结构4包括；第一排气通道41、第二排气通道42和排气管路43。第一排气通道41、第二排气通道42和排气管路43依次连通。第一排气通道41设置在连接件11内部且与反应腔室的内部连通，第二排气通道42设置在工艺门12的内部，排气管路43与第二排气通道42连通，并伸出工艺门12。

进一步具体地，第一排气通道41和第二排气通道42均具有进气口和出气口。第二排气通道42的出气口位于第二排气通道42的底部，且与排气管路43连通。第二排气通道42的进气口位于第二排气通道42的顶部，且朝向反应腔室，第一排气通道41的出气口与工艺门12上的第二排气通道42的进气口连通。第一排气通道41的进气口位于腔体1的连接件11朝向反应腔室内部的表面上，从而使反应腔室的内部的吹扫气体可以经过第一排气通道41和第二排气通道42输送至排气管路43，进而被排出反应腔室。

其中，连接件11和工艺门12的连接处设置有密封圈143，第一排气通道41的出气口与第二排气通道42的进气口的连接处位于连接件11和工艺门12之间的密封圈143的内侧（即，第一排气通道41的出气口与第二排气通道42的进气口的连接处被连接件11和工艺门12之间的密封圈143环绕），从而防止工艺气体从连接件11和工艺门12的连接处泄露至外界。

在一些具体实施例中，结合图3至图5所示，第一排气通道41为多个，均与第二排气通道42连通。具体地，第二排气通道42可以具有多个进气口423，第二排气通道42的多个进气口423与多个第一排气通道41一一对应连通。

在一些具体实施例中，多个第一排气通道41沿连接件11的周向均匀排布，从而将反应腔室的底部区域各处的吹扫气体排出反应腔室。相应地，第二排气通道42的多个进气口423沿工艺门12的周向均匀排布，如图4和图5所示，可以使第二排气通道42的多个进气口423位于连接件11的下方，从而使得多个进气口423环绕边缘匀流通道21设置，以使多个第一排气通道41在边缘匀流通道21的外侧与第二排气通道42连通，避免对边缘匀流通道21的多个出气口造成干扰。

在一些具体实施例中，沿周向均匀排布的第二进气通道42的多个进气口423在工艺门朝向反应腔室内部的表面的投影与工艺门12的圆心的连线和沿周向均匀排布的边缘匀流通道21的多个出气口23在工艺门朝向反应腔室内部的表面的投影与工艺门12的圆心的连线不重合，即进气口423、出气口23在工艺门朝向反应腔室内部的表面的投影与工艺门圆心不在同一直线上，以使得吹扫气体更均匀地输出至反应腔室内的边缘区域。

具体地，吹扫气体的排出流向如图2中用于指示“吹扫气体排出流向”的箭头所示，结合图2和图3所示，位于边缘区域中的吹扫气体可以经过第二排气通道42的多个进气口423进入排气机构4，并由排气管路43排出至反应腔室外。

在本发明实施例中，结合图2和图3所示，工艺门12上设置有旋转盘13，旋转盘13位于反应腔室内。工艺门12背离旋转盘13的一侧还设置有旋转轴14，旋转轴14穿过工艺门12与旋转盘13连接。工艺门12与旋转盘13之间还设置有石英板15。旋转轴14内设置有中心进气通道24，用于向石英板15和旋转盘13之间输送吹扫气体。具体地，工艺门12和石英板15的中部区域设置有通孔，旋转轴14的一部分穿过工艺门12和石英板15的中部的通孔并与旋转盘13连接。

图6为本发明实施例提供的旋转轴的结构示意图，图6中左图为旋转轴的纵剖图，右图为旋转轴的整体结构示意图。结合图3和图6所示，在一些具体实施例中，旋转轴14内还设置有中心匀流通道25，中心匀流通道25为环绕旋转轴14轴线的环形通道。中心进气通道24与中心匀流通道25的进气口连通，中心匀流通道25的出气口251为多个，均设置在旋转轴14的侧壁上，且沿旋转轴14的周向均匀排布。其中，中心匀流通道25的进气口可以设置在中心匀流通道25的底部。

具体地，中心区域的吹扫气体的气体流向如图2中用于指示“中心吹扫气体进入流向”的箭头所示，结合图2和图3所示，吹扫气体从中心进气通道24进入中心匀流通道25，并通过中心匀流通道25输送至工艺门12和旋转轴14之间的间隙，形成环绕旋转轴14轴线的环形气流。之后，吹扫气体进入石英板15和旋转盘13之间的间隙，以及石英板15和保温桶16之间的间隙，并充满中心区域，对中心区域中容易受到工艺气体腐蚀的部件形成气体保护。中心匀流通道25和边缘匀流通道21共同将吹扫气体均匀输送至工艺腔室底部的各个位置，从而对工艺腔室底部形成有效的气体保护，另外，可以通过控制吹扫气体的流量，防止对反应腔室内的工艺气体的气流产生干扰，避免影响工艺结果。

另外，在图1所示的热处理装置中，旋转轴14和工艺门12的连接处设置有密封圈17，反应腔室的底部区域中心的吹扫结构2a的管路设置在密封圈17的外侧，当吹扫结构2a的管路与工艺门12密封不严时，会导致反应腔室中部分工艺气体从工艺门12与旋转轴14的连接处泄露至反应腔室的外部。

为解决上述问题，在本发明实施例中，结合图2和图3所示，旋转轴14包括主体部141和环绕主体部141的安装部142，旋转轴14的主体部141的一部分穿过工艺门12和石英板15，并与旋转盘13连接，主体部141的另一部分位于工艺门12远离反应腔室的一侧。安装部142设置在工艺门12背离腔体1的一侧，安装部142与工艺门12之间设置有密封圈143，中心进气通道24和中心匀流通道25均设置在主体部141内，且位于密封圈143的内侧（中心进气通道24和中心匀流通道25均被密封圈143环绕）。由于中心进气通道24和中心匀流通道25均设置在主体部141内，而主体部141为一体结构，因此不会出现图1中，工艺气体从工艺门12与旋转轴14的连接处泄漏的问题。

在本发明实施例中，排气结构4上设置有流量调节结构，流量调节结构包括用于调节气体流量的流量调节部件和用于监测气体流量的流量监测部件。

具体地，可以在排气机构4的排气口后端、边缘进气通道22的进气口前端和中心进气通道24的进气口前端分别设置流量调节部件，例如质量流量控制器。进一步的，还可以在排气结构4的排气口后端设置流量监测部件，例如气体流量计和/或蝶阀，从而监测排出反应腔室的吹扫气体的流量，并根据监测结果，通过流量调节部件使进入反应腔室的吹扫气体的流量和排出反应腔室的吹扫气体的流量保持一致。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种热处理装置，包括反应腔室，所述反应腔室包括腔体和设置在所述腔体底部的工艺门，其特征在于，所述工艺门上设置有边缘匀流通道，所述边缘匀流通道具有至少一个进气口和多个出气口，所述多个出气口位于所述工艺门朝向所述反应腔室内部的表面上，所述边缘匀流通道用于将吹扫气体均匀输出至所述反应腔室内的边缘区域；

所述边缘匀流通道沿所述工艺门的周向设置，所述多个出气口沿所述工艺门的周向均匀排布；

所述进气口位于所述边缘匀流通道的底部，且位于所述工艺门的边缘区域中。

2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述反应腔室的底部区域设置有排气结构，所述排气结构用于将所述反应腔室内的至少一部分所述吹扫气体排出所述反应腔室。

3.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，所述工艺门通过连接件与所述腔体的侧壁相连；

所述排气结构包括：第一排气通道、第二排气通道和排气管路；所述第一排气通道、所述第二排气通道和所述排气管路依次连通；

所述第一排气通道设置在所述连接件内部且与所述反应腔室的内部连通，所述第二排气通道设置在所述工艺门的内部，所述排气管路与所述第二排气通道连通，并伸出所述工艺门。

4.根据权利要求3所述的热处理装置，其特征在于，所述第一排气通道为多个，均与所述第二排气通道连通。

5.根据权利要求4所述的热处理装置，其特征在于，所述多个第一排气通道沿所述连接件的周向均匀排布。

6.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述工艺门上设置有旋转盘，所述旋转盘位于所述反应腔室内；

所述工艺门背离所述旋转盘的一侧还设置有旋转轴，所述旋转轴穿过所述工艺门与所述旋转盘连接；

所述工艺门与所述旋转盘之间还设置有石英板；

所述旋转轴内设置有中心进气通道，用于向所述石英板和所述旋转盘之间输送吹扫气体。

7.根据权利要求6所述的热处理装置，其特征在于，所述旋转轴内还设置有的中心匀流通道，所述中心匀流通道为环绕所述旋转轴轴线的环形通道；

所述中心进气通道与所述中心匀流通道的进气口连通，所述中心匀流通道的出气口为多个，均设置在所述旋转轴的侧壁上，且沿所述旋转轴的周向均匀排布。

8.根据权利要求7所述的热处理装置，其特征在于，所述旋转轴包括：主体部和环绕所述主体部的安装部，所述安装部设置在所述工艺门背离所述腔体的一侧，所述安装部与所述工艺门之间设置有密封圈，所述中心进气通道和所述中心匀流通道均设置在所述主体部内。

9.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，所述排气结构上设置有流量调节结构，所述流量调节结构包括用于调节气体流量的流量调节部件和/或用于监测气体流量的流量监测部件。

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