CN119800332B - 进气管及炉管设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种进气管及炉管设备，进气管包括进气端和末端，在进气端至末端之间分布有多个出气孔，靠近进气端的出气孔的出气角度大于靠近末端的出气孔的出气角度，其中，出气角度为出气孔的开口朝向与基准线的夹角，基准线为进气管的进气管中心与炉管设备中的基片的基片中心之间的水平连线。本申请通过改变出气孔的出气角度，出气孔的出气角度越大，气流能够更多分布于基片外周区域，在不改变出气孔的出气量的情况下，能够提高前驱体在基片边缘区域的吸附量，这种调整有效减少了靠近进气端处基片外周区域与基片中心区域的厚度差异，以降低进气管在竖直方向上出气量不均匀导致的在竖直方向上不同的基片存在面内均一性的差异。

Description

进气管及炉管设备

技术领域

本申请涉及半导体制造设备领域，具体涉及一种进气管及炉管设备。

背景技术

在半导体制造过程中，炉管设备因其出色的基片吞吐量及机台稳定性，广泛应用于多个关键工艺步骤，如氧化、薄膜沉积及退火等。炉管设备中包括晶舟和进气管，晶舟承载多片基片，并带动基片旋转，进气管用于向炉管设备内提供气体。

由于进气管在其延伸方向上的出气量存在差异，靠近进气端的出气量较大，靠近末端的出气量较小，导致目前的炉管设备靠近进气端的基片与靠近末端的基片的面内均一性存在差异。

发明内容

本申请为解决炉管设备靠近进气管的进气端的基片与靠近进气管的末端的基片的面内均一性存在差异的技术问题，提出了一种用于炉管设备的进气管，所述炉管设备用于处理基片，包括进气端和末端，在所述进气端至所述末端之间分布有多个出气孔，靠近所述进气端的出气孔的出气角度大于靠近所述末端的出气孔的出气角度，其中，所述出气角度为所述出气孔的开口朝向与基准线的夹角，所述基准线为所述进气管的进气管中心与所述炉管设备中的基片的基片中心之间的水平连线。

在本申请的一实施例中，所述多个出气孔分为多个出气孔组，每个所述出气孔组中的出气孔的出气角度相同，所述多个出气孔组的出气角度由所述末端至所述进气端依次增大。

在本申请的一实施例中，最靠近所述末端的出气孔的出气角度为0°。

在本申请的一实施例中，所述多个出气孔分为多个第一出气孔列，在每个所述第一出气孔列中，靠近所述进气端的出气孔的出气角度大于靠近所述末端的出气孔的出气角度。

在本申请的一实施例中，在每个所述第一出气孔列中，最靠近所述末端的出气孔的出气角度均大于0°。

在本申请的一实施例中，所述出气角度的范围为0-15°。

在本申请的一实施例中，所述多个出气孔的出气角度由所述末端至所述进气端逐渐增大。

在本申请的一实施例中，所述多个出气孔的大小相同。

在本申请的一实施例中，所述进气管还包括第二出气孔列，所述第二出气孔列包括多个出气角度相同的出气孔。

本申请为解决上述技术问题还提出一种炉管设备，包括：工艺管；晶舟，包括沿竖直方向设置的多个承载位，所述承载位用于承载基片，所述晶舟用于带动所述基片进入所述工艺管内并且旋转；至少一个如上所述的进气管，设置于所述工艺管内，并且沿所述竖直方向延伸设置，每个所述承载位至少对应一个所述出气孔。

在本申请的一实施例中，还包括供气管路和加压器，所述供气管路与所述进气管的进气端连接，用于向所述进气管供气，所述加压器设置于所述供气管路上，用于提高所述供气管路的供气压力。

本申请的积极进步效果在于：通过改变出气孔的出气角度，能够改变气流的分布情况，越靠近进气端，出气孔的开口朝向越偏离基片的中心。在ALD工艺中，出气孔的出气角度越大，气流能够更多分布于基片外周区域，在不改变出气孔的出气量的情况下，能够提高前驱体在基片边缘区域的吸附量，这种调整有效减少了靠近进气端处基片外周区域与基片中心区域的厚度差异，以降低进气管在竖直方向上出气量不均匀导致的在竖直方向上不同的基片存在面内均一性的差异。

附图说明

图1为本申请一实施例的进气管的结构示意图；

图2为本申请一实施例的出气角度与基片的示意图；

图3为本申请另一实施例的出气角度与基片的示意图；

图4为本申请另一实施例的出气角度与基片的示意图；

图5为本申请另一实施例的进气管的结构示意图；

图6为本申请另一实施例的进气管的结构示意图；

图7为本申请另一实施例的进气管的结构示意图；

图8为本申请一实施例的炉管设备的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本申请，但并不因此将本申请限制在实施例范围之中。

在炉管设备的相关工艺中，以ALD工艺为例，先通入前驱体吸附在基片表面，再通入反应气体与前驱体反应，形成一层膜层。现有的进气管上多个出气孔的开口朝向均相同，并正对基片中心。由于出气孔的开口朝向正对基片中心，基片中心区域的前驱体的吸附量相比边缘区域较大，就会出现中间厚边缘薄的现象。并且进气管越靠下部出气孔的出气量越大，就会导致越靠近下部处的基片中间厚度增加的趋势要大于边缘区域厚度增加的趋势，进而导致越靠近下部处的基片的面内均一性要更差。为了改变进气管的多个出气孔出气量不均匀导致不同位置处的基片面内均一性存在差异的情况，现有的方案通常为改变出气孔的大小。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种不同的方案，一种用于炉管设备的进气管100，炉管设备用于处理基片，进气管100包括进气端130和末端120，在进气端130和末端120之间分布有多个出气孔110，靠近进气端130的出气孔110的出气角度θ大于靠近末端120的出气孔110的出气角度θ，其中，出气角度θ为出气孔110的开口朝向与基准线的夹角，基准线为进气管100的进气管中心与炉管设备的基片W的基片中心的水平连线。如图2所示，开口朝向用虚线表示，基准线用实线表示，并且，开口朝向与基准线均与基片W平行。其中，进气端130为最下部，末端120位于最上部。其中出气孔110的打孔方向（也即开口朝向）均朝向进气管100的进气管中心。

通过改变出气孔110的出气角度θ，能够改变气流的分布情况，越靠近进气端130，出气孔110的开口朝向越偏离基片W的中心。在ALD工艺中，出气孔的出气角度θ越大，气流能够更多分布于基片W外周区域，在不改变出气孔110的出气量的情况下，能够提高前驱体在基片W边缘区域的吸附量，这种调整有效减少了靠近进气端130处（下部的）基片W外周区域与基片W中心区域的厚度差异，以降低进气管100在竖直方向上出气量不均匀导致的在竖直方向上不同的基片W存在面内均一性的差异。

其中，图1、图2、图3、图5-图8所示的出气孔110的打孔方向均朝向进气管100的进气管中心。

如图4所示，在一些实施例中，出气孔110可以倾斜打孔，打孔方向也可以不朝向进气管100的进气管中心。

在一些实施例中，进气管100也可以水平布置，用于水平式炉管。

如图5所示，在一些实施例中，多个出气孔110由末端120至进气端130分为多个出气孔组，每个出气孔组的多个出气孔110的出气角度相同，多个出气孔组的出气角度由末端120至进气端130增加。其中，每个出气孔组中的多个出气孔110的大小相同，分组设计能够减少每个出气孔110的角度调整的复杂度，每个出气孔组的出气角度相同，降低了加工难度，有利于降低制造成本，使得生产过程更具可操作性。其中，在一些实施例中，每个出气孔组中的多个出气孔110的大小也可以不同。当每个出气孔组中的多个出气孔110的大小不同时，多个出气孔110的大小沿末端120到进气端130的方向呈逐渐减小的趋势，以平衡出气量的差异。

如图1所示，在一些实施例中，出气孔110的出气角度由末端120至进气端130逐渐增加。本方案更能精确的调节由于进气管100在竖直方向上的出气量不均匀导致的不同基片存在面内均一性的差异。

如图1至图5，在一些实施例中，最靠近末端120的出气孔110的出气角度为0°。在多个出气孔110的大小均相同的情况下，最上端的出气孔110的出气量最少，出气角度为0°比出气角度大于0°基片能够获取更多的气量，因基片处于旋转状态，该设计保证气体较为均匀的分布于基片的整个表面。最靠近末端120即在竖直方向上位置最高的出气孔110。

在一些实施例中，如图6所示，多个出气孔110分为多个第一出气孔列S1，在每个第一出气孔列S1中，靠近进气端130的出气孔110的出气角度大于靠近末端120的出气孔110的出气角度。通过多列出气孔的设计，相较于单列出气孔形成的单一气流，多列出气孔的气体分布范围更广，能够覆盖基片的多个区域（如中部和外周），进一步优化气流分布的均匀性。

如图6所示，进气管100的两个第一出气孔列S1的多个出气孔的出气角度逐渐增加。在一些实施例中，也可以设置一列出气角度逐渐增加的出气孔，另一列出气角度如图5中的出气角度按分组的方式增加的出气孔110。

在一些实施例中，如图6所示，在每个第一出气孔列S1中最靠近末端120的出气孔110的出气角度均大于0°。多列出气孔的总出气量较多，出气角度大于0°，出气不会正对基片中心，这种设计能够缓解基片的中部区域因气流过于集中，而可能出现的气体在中部区域吸附量过高的问题。

在一些实施例中，可以在一个第一出气孔列中，使最靠近末端120的出气孔110的出气角度等于0°，其余第一出气孔列中，最靠近末端120的出气孔110的出气角度大于0°。

在一些实施例中，出气角度的范围为0-15°，在此范围内对出气角度进行调整，出气角度不会偏大，导致气流过度集中到基片的外周区域。

在一些实施例中，多个出气孔110的大小相同，可以仅通过调整出气角度来调整多个出气孔110出气量不均匀导致的不同基片存在面内均一性的差异，无需调整出气孔110的大小。

如图7所示，进气管100还包括第二出气孔列S2，第二出气孔列S2包括多个出气角度相同的出气孔110。

如图8所示，本实施例还提供了一种炉管设备，其包括工艺管200、晶舟300和至少一个上述的进气管100。晶舟300包括沿竖直方向设置的多个承载位，承载位用于承载多个基片W，晶舟300用于带动基片W进入工艺管200内并且旋转进气管100设置于工艺管200内，并且沿竖直方向延伸设置，多个出气孔110与多个承载位相对应。其中，晶舟300通过晶舟升降装置进入或者移出工艺管200。

晶舟300的旋转使得气体更为均匀的分布在基片W上。通过晶舟300旋转和进气管100的出气孔110出气角度由末端120至进气端130增加的设计，能够提高不同位置处的基片W的面内均一性。

其中，每个承载位至少与一个出气孔110相对应。具体地，出气孔110对应于相应位置的承载位之间的间隙，以向承载位上的基片W表面供应气体。每个出气孔110与每个承载位相对应的设计，使得气体能够针对每片基片W进行精准分配。

在一些实施例中，炉管设备还包括供气管路410和加压器430，供气管路410与进气管100连接，用于向进气管100供气，加压器430设置于供气管路410上，用于提高供气管路410的供气压力。通过提高供气压力，能够使气体迅速的铺满基片W表面，完成气体在基片W表面的吸附。其中，供气管路410上还设置有阀门420，用于打开或者关闭供气管路410。加压器430可以采用储气罐，提前存储气体，在需要供气时，能够迅速释放气体进入工艺管200内。

在一些实施例中，炉管设备用于ALD、LPCVD等工艺。

上述图中出气孔110的大小和数量以及形状仅作示意，在此不做限制。

虽然以上描述了本申请的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明。本领域的技术人员在不背离本申请的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于炉管设备的进气管，所述炉管设备用于处理基片，其特征在于，包括进气端和末端，在所述进气端至所述末端之间分布有多个出气孔，靠近所述进气端的出气孔的出气角度大于靠近所述末端的出气孔的出气角度，其中，所述出气角度为所述出气孔的开口朝向与基准线的夹角，所述基准线为所述进气管的进气管中心与所述炉管设备中的基片的基片中心之间的水平连线；其中，所述多个出气孔分为多个出气孔组，每个所述出气孔组中的出气孔的出气角度相同，所述多个出气孔组的出气角度由所述末端至所述进气端依次增大，每个出气孔组中的多个出气孔的大小沿所述末端到所述进气端的方向逐渐减小。

2.如权利要求1所述的进气管，其特征在于，最靠近所述末端的出气孔的出气角度为0°。

3.如权利要求1所述的进气管，其特征在于，所述多个出气孔分为多个第一出气孔列，在每个所述第一出气孔列中，靠近所述进气端的出气孔的出气角度大于靠近所述末端的出气孔的出气角度。

4.如权利要求3所述的进气管，其特征在于，在每个所述第一出气孔列中，最靠近所述末端的出气孔的出气角度均大于0°。

5.如权利要求1所述的进气管，其特征在于，所述出气角度的范围为0-15°。

6.如权利要求1所述的进气管，其特征在于，所述进气管还包括第二出气孔列，所述第二出气孔列包括多个出气角度相同的出气孔。

7.一种炉管设备，其特征在于，包括：

工艺管；

晶舟，包括沿竖直方向设置的多个承载位，所述承载位用于承载基片，所述晶舟用于带动所述基片进入所述工艺管内并且旋转；

至少一个如权利要求1-6任一项所述的进气管，设置于所述工艺管内，并且沿所述竖直方向延伸设置，每个所述承载位至少与一个所述出气孔相对应。

8.如权利要求7所述的炉管设备，其特征在于，还包括供气管路和加压器，所述供气管路与所述进气管的进气端连接，用于向所述进气管供气，所述加压器设置于所述供气管路上，用于提高所述供气管路的供气压力。