CN105088334B - 顶盖装置及工艺设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种顶盖装置及工艺设备，其顶盖装置包括喷水冷却部和上盖，喷水冷却部和上盖为分离式结构，喷水冷却部随上盖一起上下运动。其工艺设备包含石英腔和上述顶盖装置，顶盖装置安装在石英腔的上方。本发明顶盖装置及工艺设备，结构设计简单合理，保证石英腔不易损坏。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，特别是涉及一种能应用于工艺设备上的顶盖装置，以及含有上述顶盖装置的工艺设备。
背景技术
CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相淀积)方法是一种利用不同气体在高温下的相互反应来制备外延薄膜层的方法。对于CVD设备来说反应温度一般都较高，比如GaN薄膜的生长温度为1200℃，Si单晶薄膜的生长温度为1100℃。通常高温加热采用的方式有加热丝加热、灯管加热和感应加热，在1000度以上的CVD设备中采用感应加热的较多。由于温度较高，石英在高温下具有较好的稳定性和耐骤冷骤热的特点，因此CVD技术普遍使用的是石英腔，但是同时石英又具有容易被损坏的特点。
目前的结构中，石英腔放置在基座上，下部是感应加热线圈，感应线圈泡在塑料腔的水槽中，确保加热时感应线圈的冷却。石英腔的内部搁有石墨盘，感应线圈通过电磁感应对石墨盘进行加热，由于反应温度较高，因此石英腔的上部有水冷区域，通过上盖的喷水来降低石英腔的外壁的温度。喷水冷却区是通过螺丝固定在上盖上的。在实际应用中，由于上盖是通过电机控制升降的，上盖触及下限位传感器，电机停止运动。
但是当下限位传感器存在故障时，上盖触及下限位传感器没有反应，电机没有及时停止运动，下降过程中不能控制上盖停止的位置，固定在上盖上的喷水冷却区就会触及石英腔的外壁，存在损坏石英腔的风险。
鉴于上述缺陷，本发明人经过长时间的研究和实践终于获得了本发明创造。
发明内容
基于此，有必要针对喷水冷却区易碰触石英腔的外壁导致石英腔损坏等问题，提供一种能够保证喷头和石英腔的外壁之间存在一定距离的顶盖装置，以及含有上述顶盖装置的工艺设备。上述目的通过下述技术方案实现：
一种顶盖装置，包括喷水冷却部和上盖，所述喷水冷却部和所述上盖为分离式结构，所述喷水冷却部随所述上盖一起上下运动。
上述目的还可以通过下述技术方案进一步实现。
其中，所述喷水冷却部包括进水管、喷头和挡板，所述喷头为花洒结构，所述进水管连通到所述喷头的内腔，所述进水管固定在所述挡板上，所述挡板位于所述喷头的上方。
其中，所述上盖设置有通道，所述通道的横截面积大于所述喷头的横截面积，且小于所述挡板的横截面积；
所述上盖设置在所述挡板的下方；
所述上盖上下运动，带动所述挡板、所述进水管和所述喷头一起上下运动。
其中，所述通道和所述挡板的横截面为圆形或者矩形。
其中，所述喷水冷却部还包括设置在所述喷头的出水端面上的支柱。
其中，所述支柱有多个，多个所述支柱活动安装在所述喷头上；
所述喷头的出水端面上设置用于安装多个所述支柱的多个安装孔。
其中，所述支柱有多个，多个所述支柱固定安装在所述喷头上；
所述支柱与所述喷头为一体。
还涉及一种工艺设备，包括石英腔和顶盖装置，所述顶盖装置为上述任一技术特征所述的顶盖装置；
所述顶盖装置安装在所述石英腔的上方。
还涉及一种工艺设备，包括石英腔和顶盖装置，所述顶盖装置为上述任一技术特征所述的顶盖装置；
所述顶盖装置安装在所述石英腔的上方。
其中，所述上盖下降，所述顶盖装置中的所述喷头上的所述支柱支撑在所述石英腔的外壁上，所述挡板停止下降，所述上盖继续下降；
所述上盖上升，所述上盖上升触及所述挡板后，带动所述挡板上升，所述顶盖装置中的所述喷头上的所述支柱离开所述石英腔的外壁。
本发明的有益效果是：
本发明的顶盖装置及工艺设备，结构设计简单合理，通过采用上盖和喷水冷却部相分离的结构，保证喷水冷却部的出水端面与石英腔的外壁之间存在一定的距离，同时当下限位传感器存在故障时，顶盖装置在下降过程中，喷水冷却部支撑在石英腔的外壁上，喷水冷却部停止下降，上盖没有收到停止信号而继续下降，由于上盖和喷水冷却部为相分离的结构，上盖不会带动喷水冷却部继续下降，使石英腔承受较小的重量，保证石英腔不易损坏。
附图说明
图1为本发明顶盖装置一实施例在工艺设备中装配的剖面示意图；
图2为图1所示顶盖装置的立体示意图；
图3为图1所示顶盖装置的剖面示意图；
其中：
100-顶盖装置；
110-喷水冷却部；
111-喷头；112-进水管；113-挡板；114-支柱；
120-上盖；
200-塑料腔；
210-基座；
220-水槽；
300-感应加热线圈；
400-石英腔；
410-石墨盘。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的顶盖装置及工艺设备进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的顶盖装置100使用在CVD设备的工艺设备中，顶盖装置100对石英腔400进行冷却。工艺设备包括顶盖装置100、塑料腔200、基座210、水槽220、感应加热线圈300、石英腔400、石墨盘410和电机(未示出)。
顶盖装置100位于塑料腔200的上端，石英腔400放置在塑料腔200内的基座210上，下部是感应加热线圈300，感应加热线圈300泡在塑料腔200内的水槽220中，确保加热时感应加热线圈300的冷却。
石英腔400的内部放置有石墨盘410，感应加热线圈300通过电磁感应对石墨盘410进行加热，由于石墨盘410温度较高，导致石英腔400的温度升高，因此本发明的顶盖装置100设置有冷却装置对石英腔400进行冷却，降低石英腔400的温度。
本发明的顶盖装置100，包括喷水冷却部110和上盖120，喷水冷却部110和上盖120为分离式结构，喷水冷却部110随上盖120一起上下运动。
本发明的顶盖装置100通过采用上盖120和喷水冷却部110相分离的结构，保证喷水冷却部110的出水端面与石英腔400的外壁之间存在一定的距离，同时当下限位传感器存在故障时，顶盖装置100在下降过程中，喷水冷却部110支撑在石英腔400的外壁上，喷水冷却部110停止下降，上盖120没有收到停止信号而继续下降，由于上盖120和喷水冷却部110为相分离的结构，上盖120不会带动喷水冷却部110继续下降，使石英腔400承受较小的重量，保证石英腔400不易损坏。
作为一种可实施方式，喷水冷却部110包括喷头111、进水管112、挡板113和设置在喷头111的出水端面上支柱114。喷头111为花洒结构，喷头111的一个端面与进水管112连接，进水管112连通到喷头111的内腔，另一个端面为出水端面，去离子水通过进水管112流入喷头111的内腔，对石英腔400的外壁进行冷却。
进水管112与喷头111固定连接，同时应保证进水管112与喷头111之间的密封性，当去离子水通过进水管112流入喷头111的内腔时，进水管112与喷头111的连接处不会漏水。
挡板113固定在进水管112上，位于喷头111和上盖120的上方，挡板113与喷头111同步运动，当支柱114未触及石英腔400的外壁时，上盖120的上表面触及挡板113的下表面带动挡板113和喷头111一同上升或者下降。
顶盖装置100的升降是通过电机来控制的，并由限位传感器来控制电机的停止。顶盖装置100在下降过程中，上盖120触及下限位传感器，电机停止运动，上盖120停止；顶盖装置100在上升过程中，上盖120触及上限位传感器，电机停止运动，上盖120停止。
电机控制上盖120下降，顶盖装置100中的喷头111上的支柱114支撑在石英腔400的外壁上，挡板113停止下降，上盖120继续下降；电机控制上盖120上升，待上盖120先上升触及挡板113，带动挡板113一同上升，顶盖装置100中的喷头111上的支柱114离开石英腔400的外壁。
作为一种可实施方式，上盖120设置有通道，喷头111和上盖120设置在挡板113下方，即上盖120安装在喷头111与挡板113之间，通过上盖120触及挡板113，并带动挡板113以及喷头111一同运动，通道的横截面积大于喷头111的横截面积，通道的横截面积小于挡板113的横截面积，保证喷头111能够穿过自由穿过通道，挡板113不能穿过通道。上盖120上下运动，带动挡板113、固定在挡板上的进水管112、固定在进水管112上的喷头111一起上下运动。
进一步地，通道、挡板113和上盖120的横截面为圆形或者矩形，本发明对挡板120和上盖120的形状没有限制，只要求挡板113的横截面积小于上盖120的横截面积并且上盖120上的通道的形状可以是矩形孔、圆形孔或者其他形状贯通上盖120的孔，只需保证喷头111能够穿过通道即可。
如图2所示，本实施例中的通道为圆形孔的通孔，喷头111、挡板113和上盖120的横截面也是圆形，上盖120上通孔的直径大于喷头111的直径，且小于挡板113的直径。
上盖120与喷水冷却部110为分离式结构，挡板113与喷头111之间设置有预设距离，上盖120安装在挡板113的下端，上盖120下降，支柱114会先与石英腔400的外壁相接触，随后挡板113的下表面与上盖120的上表面分开；上盖120上升，上盖120先上升，再上盖120带动挡板113和喷头111上升。采用上述的分离式结构使上盖120和喷头111不同步上升或者下降，可以保证喷头111不会撞击石英腔400的外壁。
当顶盖装置100下降时，支柱114用于将喷头111支撑在石英腔400的外壁上，防止喷头111撞击石英腔400的外壁，导致石英腔400损坏。在喷头111的出水端面上至少设置两个的支柱114，可以起到较好的支撑作用。支柱114均匀分布在喷头111的出水端面上，可以保证喷头111在触及石英腔400的外壁时受力均匀。
在本实施例中，支柱114分布在喷头111的出水端面的边缘位置。当然，可以根据实际需要设置在喷头111出水端面的各个位置。
如图3所示，作为一种可实施方式，支柱114的数量为多个，多个支柱114活动安装在喷头111上，根据不同的冷却需求，调节支柱114的高度，也就相应的调节喷头111与石英腔400的外壁之间的距离。喷头111的出水端面上设置与支柱114数量相应的多个安装孔，支柱114安装在安装孔内，对喷头111起支撑作用。
进一步地，为了保证支柱114支撑的稳定与准确，安装孔的内径应与支柱114的外径相匹配。支柱114与安装孔配合后通过支柱114在安装孔内的轴向运动来调节喷头111与石英腔400的外壁之间距离。
进一步地，支柱114应凸出于喷头111的出水端面，才能保证喷头111在下降时能支撑在石英腔400的外壁。喷头111上的安装孔可以为通孔，也可以为盲孔。
为了保证支柱114能够起到支撑作用，无论喷头111上的安装孔为通孔还是盲孔，只要支柱114能凸出于喷头111的出水端面即可，这样可以保证喷头111与石英腔400的外壁之间存在距离，在喷头111下降时，支柱114支撑在石英腔400的外壁上，保证喷头111不会触及石英腔400的外壁。
在本实施例中，喷头111上的孔为通孔为盲孔，只需保证支柱114凸出于喷头111的出水端面即可。
作为一种可实施方式，喷头111上的安装孔为螺纹孔，支柱114为带有外螺纹结构的圆柱。螺纹孔与带有外螺纹结构的圆柱相配合，便于调节喷头111与石英腔400的外壁之间的距离，保证顶盖装置100的冷却效果。在本实施例中，支柱114为螺柱，螺柱通过螺纹连接安装在喷头111上的螺纹孔内，对喷头111起支撑作用，保证喷头111与石英腔400的外壁之间存在距离。
作为一种可实施方式，支柱114有多个，多个支柱114固定安装在喷头111上，支柱114与喷头111为一体，使喷头111与石英腔400的外壁之间的距离固定，不能调节喷头111与石英腔400的外壁之间的距离，因此需要尽可能的缩短支柱114的高度，使喷头111尽可能的接近石英腔400的外壁，保证顶盖装置100的冷却效果，方便操作。
本发明的顶盖装置100的操作过程如下：
当上盖120下降时，挡板113的下表面与上盖120的上表面相接触，挡板113和喷头111随着上盖120一起下降。
喷头111上的支柱114触及石英腔400的外壁时，喷头111与挡板113停止下降，上盖120的上表面与挡板113的下表面相分离。
上盖120继续下降直至触及下限位传感器，电机停止运动，上盖120静止。
当上盖120上升时，上盖120先上升，此时挡板113和喷头111不随上盖120运动。
待上盖120的上表面与挡板113的下表面相接触时，上盖120带动挡板113和喷头111一起上升，喷头111上的支柱114离开石英腔400的外壁。
上盖120继续上升直至触及上限位传感器，电机停止运动，上盖120静止。
去离子水通过进水管112流入喷头111的内腔，从喷头111的出水端面洒出，淋到石英腔400的外壁，降低石英腔400的温度。本发明的顶盖装置100采用上盖120和喷头111分离的结构，使上盖120和喷头111不同步运动，进而保证石英腔400不易损坏。
上述发明的顶盖装置及工艺设备，结构设计简单合理，通过采用上盖和喷水冷却部相分离的结构，保证喷水冷却部的出水端面与石英腔的外壁之间存在一定的距离，同时当下限位传感器存在故障时，顶盖装置在下降过程中，喷水冷却部支撑在石英腔的外壁上，喷水冷却部停止下降，上盖没有收到停止信号而继续下降，由于上盖和喷水冷却部为相分离的结构，上盖不会带动喷水冷却部继续下降，使石英腔承受较小的重量，保证石英腔不易损坏。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种顶盖装置，包括喷水冷却部和上盖，其特征在于：
所述喷水冷却部和所述上盖为分离式结构，所述喷水冷却部随所述上盖一起上下运动；
所述顶盖装置下降时，所述喷水冷却部到达预定位置并停止下降，所述上盖持续下降。
2.根据权利要求1所述的顶盖装置，其特征在于：
所述喷水冷却部包括进水管、喷头和挡板，所述喷头为花洒结构，所述进水管连通到所述喷头的内腔，所述进水管固定在所述挡板上，所述挡板位于所述喷头的上方。
3.根据权利要求2所述的顶盖装置，其特征在于：
所述上盖设置有通道，所述通道的横截面积大于所述喷头的横截面积，且小于所述挡板的横截面积；
所述上盖设置在所述挡板的下方；
所述上盖上下运动，带动所述挡板、所述进水管和所述喷头一起上下运动。
4.根据权利要求3所述的顶盖装置，其特征在于：
所述通道和所述挡板的横截面为圆形或者矩形。
5.根据权利要求2所述的顶盖装置，其特征在于：
所述喷水冷却部还包括设置在所述喷头的出水端面上的支柱。
6.根据权利要求5所述的顶盖装置，其特征在于：
所述支柱有多个，多个所述支柱活动安装在所述喷头上；
所述喷头的出水端面上设置用于安装多个所述支柱的多个安装孔。
7.根据权利要求5所述的顶盖装置，其特征在于：
所述支柱有多个，多个所述支柱固定安装在所述喷头上；
所述支柱与所述喷头为一体。
8.一种工艺设备，包括石英腔，其特征在于：
还包括顶盖装置，所述顶盖装置为权利要求1-4任一项所述的顶盖装置；
所述顶盖装置安装在所述石英腔的上方。
9.一种工艺设备，包括石英腔，其特征在于：
还包括顶盖装置，所述顶盖装置为权利要求5-7任一项所述的顶盖装置；
所述顶盖装置安装在所述石英腔的上方。
10.根据权利要求9所述的工艺设备，其特征在于：
所述上盖下降，所述顶盖装置中的所述喷头上的所述支柱支撑在所述石英腔的外壁上，所述挡板停止下降，所述上盖继续下降；
所述上盖上升，所述上盖上升触及所述挡板后，带动所述挡板上升，所述顶盖装置中的所述喷头上的所述支柱离开所述石英腔的外壁。
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