CN208781819U - 用于半导体处理设备的喷头组件及半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

该实用新型涉及一种用于半导体处理设备的喷头组件及半导体处理设备，其中所述用于半导体处理设备的喷头组件包括旋转轴和喷头；所述旋转轴与喷头连接，所述旋转轴能够绕所述旋转轴的中心轴旋转并带动所述喷头旋转；所述喷头的喷孔设置于所述喷头的侧壁上，所述喷孔的开口朝向与所述旋转轴的中心轴垂直。本实用新型中的用于半导体处理设备的喷头组件可以提供360°环绕的喷淋效果，加宽了喷头的喷洒范围。

Description

用于半导体处理设备的喷头组件及半导体处理设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种用于半导体处理设备的喷头组件及半导体处理设备。

背景技术

在晶圆的生产制造的过程中，经常需要对晶圆进行喷淋，包括气体喷淋和液体喷淋。在现有技术中，通常会采用喷头进行喷淋操作。

在现有技术中，对晶圆表面进行化学气相沉积时，通常通过喷头朝向所述晶圆喷淋工艺气体。晶圆与喷头的相对位置有两种情况，第一种是晶圆与喷头的喷孔直接相对，喷头的喷孔的开口朝向是朝向竖直方向的经喷头喷出的工艺气体直接作用于晶圆表面。第二种是晶圆放置在水平平台上，喷头的喷孔的开口朝向是朝向水平方向的，此时，需要将晶圆放置的水平平台旋转90°，使水平平台上放置有晶圆的一面朝向所述喷头的喷孔后，再经喷头喷出工艺气体，作用于晶圆表面。

采用第二种方法进行喷淋时，喷淋过程中不会有其他杂质掉落在晶圆上，可以提高最终沉积在晶圆表面的薄膜层的质量。但在第二种方法中，由于喷头的喷孔的开口是朝向水平方向的，因此在通过上述喷头向反应腔体中喷入清洁气体时，清洁气体只能作用于喷头的喷孔和晶圆之间的平面上，难以达到腔体的各个角落，容易造成腔体的清洁不均匀、不彻底，影响最终形成的半导体器件的质量以及半导体器件的产率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于半导体处理设备的喷头组件及半导体处理设备，能够提高最终生成的半导体器件的质量。

为解决上述技术问题，本实用新型中提供了一种用于半导体处理设备的喷头组件，包括旋转轴和喷头；所述旋转轴与喷头连接，所述旋转轴能够绕所述旋转轴的中心轴旋转并带动所述喷头旋转；所述喷头的喷孔设置于所述喷头的侧壁上，所述喷孔的开口朝向与所述旋转轴的中心轴垂直。

可选的，还包括密封部，设置于所述旋转轴上，被所述旋转轴所贯穿。

可选的，所述密封部包括磁流体密封结构、O型密封圈、唇型密封圈中的至少一种。

可选的，所述密封部为磁流体密封结构，包括：壳体、轴承、磁流体和永磁体，其中，所述轴承位于所述壳体内部，套接于所述旋转轴外部；所述磁流体填充于所述旋转轴与壳体之间的空隙中；所述永磁体设置于所述壳体内部，用于为所述磁流体提供磁场。

可选的，所述旋转轴一端连接至一驱动电机，由所述驱动电机驱动所述旋转轴旋转。

为解决上述技术问题，本实用新型中还提供了一种半导体处理设备，包括腔体，还包括一喷头组件，所述喷头组件包括：旋转轴和喷头；所述旋转轴与喷头连接，所述旋转轴能够绕所述旋转轴的中心轴旋转并带动所述喷头旋转；所述喷头的喷孔设置于所述喷头的侧壁上，所述喷孔的开口朝向与所述旋转轴的中心轴垂直；所述喷头位于所述腔体内，所述旋转轴贯穿腔体壁。

可选的，所述喷头组件还包括密封部，设置于所述旋转轴上，被所述旋转轴所贯穿。

可选的，所述密封部为磁流体密封结构，包括：壳体、轴承、磁流体和永磁体，其中，所述轴承位于所述壳体内部，套接于所述旋转轴外部；所述磁流体填充于所述旋转轴与壳体之间的空隙中；所述永磁体设置于所述壳体内部，用于为所述磁流体提供磁场。

可选的，还包括：晶圆基座和转动组件，所述晶圆基座和转动组件均设置于所述腔体中；所述晶圆基座用于放置待处理晶圆；所述晶圆基座的一端连接至转动组件，所述转动组件用于带动所述晶圆基座自初始位置运动至朝向所述喷头侧壁的终止位置。

可选的，所述晶圆基座位于初始位置时，晶圆基座表面与所述喷孔的开口朝向平行；所述晶圆基座位于终止位置时，晶圆基座表面与所述喷孔的开口朝向垂直。

本实用新型中的用于半导体处理设备的喷头组件具有旋转轴，所述旋转轴可绕所述旋转轴的中心轴旋转，并带动连接到所述旋转轴的喷头旋转，因此所述喷头可以提供360°环绕的喷淋效果，加宽了所述喷头的喷洒范围，提高了腔体清洁效率和清洁效果。

本实用新型中的半导体处理设备的喷头组件的喷头可跟随旋转轴绕所述旋转轴的中心旋转，在通过所述喷头喷入清洁气体时，所述喷头可360°旋转对腔体进行清洁，加宽了所述喷头的喷洒范围，提高了腔体清洁效率和清洁效果，从而提高最终生成的晶圆的质量和产率。进一步的，由于所述旋转轴和腔体壁之间设置有密封部，因此外界杂质不能通过旋转轴与腔体壁之间的缝隙进入所述腔体，所述半导体处理设备的腔体内部的密封性得以保证。

附图说明

图1为本实用新型的一种具体实施方式中的喷头组件的结构示意图。

图2为本实用新型的一种具体实施方式中的磁流体密封结构的剖面结构示意图。

图3为本实用新型的一种具体实施方式中的半导体处理设备的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的一种用于半导体处理设备的喷头组件及半导体处理设备作进一步详细说明。

请参阅图1，为本实用新型的一种具体实施方式中的喷头组件的结构示意图。在该具体实施方式中，包括旋转轴101和喷头102；所述旋转轴101与喷头102连接，所述旋转轴101能够绕所述旋转轴101的中心轴旋转并带动所述喷头102旋转；所述喷头102的喷孔105设置于所述喷头102的侧壁104上，所述喷孔105的开口朝向与所述旋转轴101的中心轴垂直。

所述旋转轴101内具有一通道，连通至所述喷头102。在其他的具体实施方式中，所述通道的尺寸足够宽，使待喷洒的气体或液体可以通过所述通道进入至所述喷头102。

在一种具体实施方式中，所述通道的横截面为圆形，且所述圆形的直径大于所述旋转轴101宽度的四分之一，小于所述旋转轴101宽度的五分之四。通过控制所述圆形的直径，使所述旋转轴101既具有一定的厚度的旋转轴壁，不会轻易发生毁损，待喷洒的气体或液体也可以轻松通入到所述喷头102中。

在其他的具体实施方式中，所述通道的横截面也可以为一矩形，所述矩形的尺寸也应满足上述需求。实际上，本领域的技术人员可以根据需要设置所述通道的横截面的形状，以及所述通道的尺寸。

在一种具体实施方式中，所述旋转轴101一端连接至一驱动电机，由所述驱动电机驱动所述旋转轴101旋转。在其他的具体实施方式中，所述旋转轴101一端还可连接至其他驱动设备，由其他驱动设备来驱动所述旋转轴101旋转，本领域的技术人员可根据需要选择驱动设备的种类。

所述喷头102设置在所述旋转轴101的另一端。在一种具体实施方式中，所述喷头102还包括加压装置，设置在喷头102内，对经喷孔105喷出的气体或液体进行加压，使经喷孔105喷出的气体或液体具有一定的喷出速度。在实际的使用过程中，本领域的技术人员可以根据需要选取具体的加压装置，如增压泵等。

在一种具体实施方式中，所述喷头组件300还包括密封部103，设置于所述旋转轴101上，被所述旋转轴101所贯穿。所述密封部103包括磁流体密封结构、O型密封圈、唇型密封圈中的至少一种。当将包含有密封部103的喷头组件300安装到具体设备上时，可通过将密封部103安装到具体设备上来实现所述喷头组件300的安装。由于通过密封部103实现所述喷头组件300的安装，因此所述喷头组件300不会对该喷头组件300安装到的具体设备的密封性造成影响。

请参阅图2，为本实用新型的一种具体实施方式中的磁流体密封结构的剖面结构示意图。

在该具体实施方式中，所述密封部为磁流体密封结构，包括：壳体201、轴承203、磁流体206、极靴205和永磁体202，其中，所述轴承203位于所述壳体201内部，套接于所述旋转轴101外部；所述磁流体206填充在所述旋转轴101与壳体201之间的空隙中，在图2所示的具体实施方式中，所述磁流体206填充于极靴205与旋转轴101之间；所述永磁体202设置于所述壳体201内部，用于为所述磁流体206提供磁场；所述极靴205设置于所述永磁体202两端。

在该具体实施方式中，所述壳体201的材料为不导磁的材料。所述磁流体密封结构还包括O型圈204，箍设在设置于永磁体202两端的极靴205的端面上，所述极靴205的端面上设置有凹槽，用于放置所述O型圈204。所述O型圈204用于密封极靴205与壳体201之间的缝隙，保证整个磁流体密封件的密封性能。所述永磁体202能够直接作用于旋转轴101和壳体201之间的空隙中填充的磁流体206，给所述磁流体206提供均匀的磁场，使磁流体206在均匀的磁场下形成密封圈，实现所述磁流体密封结构的密封作用。

在图2所示的具体实施方式中，所述旋转轴101的外部设置有至少两处极齿，所述磁流体206填充在所述极齿间，并在所述极齿间流动。极齿将所述旋转轴101与所述壳体201之间的空隙中填充的磁流体206分层，从而构成在所述旋转轴101和壳体201之间的多层密封圈。在一种具体实施方式中，所述旋转轴101上设置有三根以上的极齿，用以将磁流体206分成更多层，从而在所述旋转轴101和壳体201之间构成更多层密封圈、实现更佳的密封效果。

所述磁流体206由基载液、磁性微粒和表面活性剂组成。所述磁性微粒的粒径应当足够小，以获取到稳定的磁流体206。在一种具体实施方式中，所述磁性微粒包括四氧化三铁、氮化铁等。在一种具体实施方式中，所述表面活性剂包括具有两亲性结构的有机物，一端为极性基团，用于包裹磁性微粒防止其团聚，另一端为非极性基团，伸入基载液中，使所述磁性微粒具有亲水性或者亲油性。

本实用新型中的用于半导体处理设备的喷头组件具有旋转轴，且所述旋转轴可绕所述旋转轴的中心轴旋转，并带动连接到所述旋转轴的喷头旋转，因此所述喷头可以提供360°环绕的喷淋效果，加宽了所述喷头的喷洒范围，提高了腔体清洁效率和清洁效果。

本实用新型中还提供了一种半导体处理设备。请参阅图3，为本实用新型的一种具体实施方式中的半导体处理设备的结构示意图。在该具体实施方式中，所述半导体处理设备包括腔体304以及所述喷头组件300，所述喷头组件300的喷头102位于所述腔体304内，所述喷头组件300的旋转轴101贯穿腔体壁。

在该具体实施方式中，所述半导体处理设备还包括密封部103，设置于所述旋转轴101上，被所述旋转轴101所贯穿；所述密封部103位于所述腔体304壁与所述旋转轴101之间。

在一种具体实施方式中，所述密封部103包括磁流体密封结构、O型密封圈、唇型密封圈中的至少一种。在图3所示的具体实施方式中，所述密封部103为磁流体密封结构，具体结构请参考图2。

在图3所示的具体实施方式中，所述半导体处理设备还包括：晶圆基座305和转动组件302，所述晶圆基座305和转动组件302均设置于所述腔体304中；所述晶圆基座305用于放置待处理晶圆；所述晶圆基座305的一端连接至转动组件302，所述转动组件302用于带动所述晶圆基座305自初始位置运动至朝向所述喷头102的侧壁104的终止位置。

在图3所示的具体实施方式中，所述晶圆基座305包括水平平台301和设置于所述水平平台301上表面的静电吸附器303。所述静电吸附器303可以吸附放置到所述静电吸附器303上的晶圆，防止所述晶圆相对所述静电吸附器303发生滑移。

在一种其他的具体实施方式中，所述晶圆基座305还可通过设置于所述水平平台301上表面的负压风机实现对晶圆的吸附。在该种具体实施方式中，所述负压风机上表面还设置有一置物平面，用于放置晶圆。该置物平面上设置有孔洞，用于将晶圆的下表面暴露在负压风机所产生的风中，使所述晶圆的上表面处和下表面处有不同的气压值，造成晶圆的上下表面具有气压差，使得所述晶圆被压在所述置物平面的上表面，不会相对于所述晶圆基座305发生滑移。

在一种具体实施方式中，所述晶圆基座305下方设置有底座306，用于放置所述晶圆基座305。在一种具体实施方式中，所述晶圆基座305与所述底座306能够分离。所述晶圆基座305在运动过程中是脱离所述底座306的。

在一种具体实施方式中，所述转动组件302为旋转气缸，且所述旋转气缸的旋转端连接到所述晶圆基座305，带动所述晶圆基座305从初始位置运动至朝向所述喷头102的侧壁104的终止位置。所述旋转气缸的旋转角度的范围为0°到100°。实际上，本领域的技术人员可以根据需要设置所述转动组件302，只需能带动所述晶圆基座305转动、且能使所述晶圆基座305运动至所述终止位置。

在另一种具体实施方式中，所述转动组件302也可以由驱动电机、轴套和硬质连杆组成。在该具体实施方式中，所述轴套套接在所述驱动电机的输出轴上，所述硬质连杆固定至所述轴套，所述硬质连杆另一端连接到所述晶圆基座305。当所述驱动电机工作时，所述驱动电机的输出轴带动套接在输出轴上的轴套旋转，从而带动所述硬质连杆旋转，与所述硬质连杆一端连接的晶圆基座305也跟随发生旋转。

在该具体实施方式中，所述驱动电机的输出轴的旋转方向即为所述晶圆基座305的运动方向。所述输出轴的旋转方向满足能够使所述晶圆基座305自初始位置运动至朝向所述喷头102的侧壁104的终止位置的需求。

在一种具体实施方式中，所述晶圆基座305位于初始位置时，晶圆基座305表面与所述喷孔105的开口朝向平行，且所述晶圆基座305的下底面与所述底座306接触，所述底座306给所述晶圆基座305提供支撑；所述晶圆基座305位于终止位置时，晶圆基座305表面与所述喷孔105的开口朝向垂直，并脱离所述底座306。

所述晶圆基座305运动到终止位置时，晶圆基座305表面上放置的晶圆的上表面与喷孔105的开口朝向垂直，此时从喷头102中喷出来的气体或液体的喷出方向垂直于所述晶圆表面，能达到较好的喷淋效果，且避免杂质残留在晶圆表面。

在通过所述喷头组件300向所述腔体304中喷入清洁气体时，所述旋转轴101控制所述喷头102发生旋转，使所述喷孔105的开口朝向不断发生变化，从而使得所述喷头102能朝向腔室304各处喷出清洁气体，实现较好的清洁效果。在一种具体实施方式中，所述旋转轴101绕所述旋转轴101的中心轴旋转的角度范围为0°至360°，所述喷头102被带动、跟随所述旋转轴101旋转的角度范围也为0°至360°，喷孔105的开口朝向的变化范围为绕所述旋转轴101的中心轴旋转0°至360°。此时，所述晶圆基座305表面与所述喷孔105的开口朝向相互垂直。在另一种具体实施方式中，在控制所述喷头组件300向腔体304中喷入清洁气体对腔体304进行清洁时，所述转动组件302带动所述晶圆基座305运动至初始位置，所述晶圆基座305的表面与所述喷孔105的开口朝向相互平行，不会阻挡所述喷头105向外喷出的清洁气体。

本实用新型中的半导体处理设备的喷头组件的喷头可跟随旋转轴绕所述旋转轴的中心旋转，在通过所述喷头喷入清洁气体时，所述喷头可360°旋转对腔体进行清洁，加宽了所述喷头的喷洒范围，提高了腔体清洁效率和清洁效果，从而提高最终生成的晶圆的质量和产率。进一步的，由于所述旋转轴和腔体壁之间设置有密封部，因此外界杂质不能通过旋转轴与腔体壁之间的缝隙进入所述腔体，所述半导体处理设备的腔体内部的密封性得以保证。

在一种具体实施方式中，所述半导体处理设备为化学气相沉积设备。所述喷头组件中的密封部安装在所述化学气相沉积设备的腔体壁上，所述旋转轴一端连接至工艺气体的气体源，所述旋转轴另一端连接到所述喷头，且所述喷头设置在所述腔体内部。所述旋转轴内部还设置有一通道，用于连通所述喷头。在对晶圆进行化学沉积处理的过程中，所述喷头朝向所述腔体内部设置的晶圆基座喷出工艺气体。待进行化学气相沉积的晶圆放置在所述晶圆基座上。

所述喷头组件还用于向所述化学气相沉积设备的腔体中喷入清洁气体，以实现对所述腔体进行清洁。在通过所述喷头组件向所述腔体内喷入清洁气体时，所述喷头跟随所述旋转轴绕所述旋转轴的中心轴发生旋转，使得所述清洁气体可以被喷洒至所述腔体中的各处，而不仅仅是对所述晶圆基座进行喷洒。

在其他的具体实施方式中，所述半导体处理设备也可以为其他需要设置喷头本体的设备，如半导体冷却设备、半导体清洗设备等。当所述半导体处理设备包含腔体、且腔体要求一定的密封性的时候，可以选择所述磁流体密封结构作为所述喷头的密封部。当所述腔体的密封性要求不高的时候，可以选择O型密封圈、唇形密封圈等作为所述喷头的密封部，以防止灰尘等杂质通过所述喷头与腔体之间的空隙进入所述腔体，影响晶圆的最终质量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于半导体处理设备的喷头组件，其特征在于，包括：

旋转轴和喷头；

所述旋转轴与喷头连接，所述旋转轴能够绕所述旋转轴的中心轴旋转并带动所述喷头旋转；

所述喷头的喷孔设置于所述喷头的侧壁上，所述喷孔的开口朝向与所述旋转轴的中心轴垂直。

2.根据权利要求1所述的用于半导体处理设备的喷头组件，其特征在于，还包括密封部，设置于所述旋转轴上，被所述旋转轴所贯穿。

3.根据权利要求2所述的用于半导体处理设备的喷头组件，其特征在于，所述密封部包括磁流体密封结构、O型密封圈、唇型密封圈中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的用于半导体处理设备的喷头组件，其特征在于，所述密封部为磁流体密封结构，包括：壳体、轴承、磁流体和永磁体，其中，所述轴承位于所述壳体内部，套接于所述旋转轴外部；

所述磁流体填充于所述旋转轴与壳体之间的空隙中；

所述永磁体设置于所述壳体内部，用于为所述磁流体提供磁场。

5.根据权利要求1所述的用于半导体处理设备的喷头组件，其特征在于，所述旋转轴一端连接至一驱动电机，由所述驱动电机驱动所述旋转轴旋转。

6.一种半导体处理设备，包括腔体，其特征在于，还包括一喷头组件，所述喷头组件包括：旋转轴和喷头；所述旋转轴与喷头连接，所述旋转轴能够绕所述旋转轴的中心轴旋转并带动所述喷头旋转；所述喷头的喷孔设置于所述喷头的侧壁上，所述喷孔的开口朝向与所述旋转轴的中心轴垂直；所述喷头位于所述腔体内，所述旋转轴贯穿腔体壁。

7.根据权利要求6所述的半导体处理设备，其特征在于，所述喷头组件还包括密封部，设置于所述旋转轴上，被所述旋转轴所贯穿。

8.根据权利要求7所述的半导体处理设备，其特征在于，所述密封部为磁流体密封结构，包括：壳体、轴承、磁流体和永磁体，其中，

所述轴承位于所述壳体内部，套接于所述旋转轴外部；

所述磁流体填充于所述旋转轴与壳体之间的空隙中；

所述永磁体设置于所述壳体内部，用于为所述磁流体提供磁场。

9.根据权利要求6所述的半导体处理设备，其特征在于，还包括：晶圆基座和转动组件，所述晶圆基座和转动组件均设置于所述腔体中；所述晶圆基座用于放置待处理晶圆；所述晶圆基座的一端连接至转动组件，所述转动组件用于带动所述晶圆基座自初始位置运动至朝向所述喷头侧壁的终止位置。

10.根据权利要求9所述的半导体处理设备，其特征在于，所述晶圆基座位于初始位置时，晶圆基座表面与所述喷孔的开口朝向平行；所述晶圆基座位于终止位置时，晶圆基座表面与所述喷孔的开口朝向垂直。