專利名稱：移動桶形反應器排氣管的裝置的制作方法
背景技術：
本發明總體涉及桶形反應器，更具體涉及使桶形反應器的排氣管在其工作位置與其維護保養位置間移動的裝置。
桶形反應器，例如在
圖1中總體用數字10表示，用于通過眾所周知的化學氣相沉積過程在半導體晶片上沉積外延層。外延層具有與晶片一致的晶格結構，不過可能生長成具有與晶片不同的導電率，以獲得所必須的電特性。如圖2所示，桶形反應器10包括反應室12，該反應室由一倒置鐘形罩14構成，用于容納晶片W。氣環30設置在鐘形罩14上開口16的頂上。接管咀32設置在氣環30內，用于將反應劑氣體(例如硅)引入反應室12。沉積完成后，反應劑氣體經過排氣管從反應室排出，該排氣管在圖1中總體標注為50’，設置在鐘形罩14的底部。(帶撇號的符號在此用作標識數字，以表明所標識的部分與本發明部分不同)。排氣管50’包括排氣杯52’；柔性管54，其與排氣杯連接；和剛性易配管(facility piping)56。一旦排出了反應劑氣體，安裝在氣環30上的密封板36可被升起以開啟反應室12，以便從桶形反應器10中取出晶片W。
在化學氣相沉積過程中，材料不止沉積在容納于反應室中的晶片上，也沉積在桶形反應器10的各種元件上。這些沉積物可在后續沉積工序中從這些元件移出而污染晶片。因此，桶形反應器的元件必須周期性地更換以避免污染晶片。由于在更換元件時反應器10必須從使用狀態移開，減少反應器停止使用的時間以減少與停機相關的生產成本是有益的。
過去，如在圖1中總體標注為150’的裝置已用于移動排氣管50’，更具體說，是在工作位置和維護保養位置之間移動排氣杯52’，在工作位置時，排氣杯緊密地與鐘形罩14的排氣口18(圖3)密封，在維護保養位置時，排氣管與鐘形罩排氣口相距一距離。將排氣杯52’與鐘形罩14分離，允許鐘形罩和／或排氣管的各部分更換或維護。現有技術中的裝置150’包括汽缸，其總體標號為90’，直接設置在鐘形罩14下面；排氣管50’。汽缸90’與排氣管50’連接，于是，當汽缸伸出時排氣管貼靠在鐘形罩的排氣口18，當汽缸縮回時，排氣管與排氣口分離。如圖1所示，柔性管54連接在排氣管和易配排氣管56之間，以允許排氣管在工作位置和維護保養位置間容易地移動。
如上所述現有技術中的裝置150’，由于其所使用環境的高溫而易于失效。特別是汽缸90’的密封(未示出)，在化學氣相沉積時暴露在鐘形罩14發散的熱中易于失效。此外，現有技術中的排氣杯52’在環繞其上凸緣68’的區域易于失效。此區域由于凸緣68’焊接在管上而降低了材料強度。此外，用于密封凸緣68’和鐘形罩14間界面的O形密封圈(未示出)，當暴露在高溫中時會失效。
簡言之，本發明之裝置是一種桶形外延反應器，用于使用一種反應劑氣體，通過化學氣相沉積過程，將一種材料沉積在半導體晶片上。桶形反應器包括限定一反應室的容器，其尺寸設置成至少容納一半導體晶片。此容器具有進氣口，用于將反應劑氣體引入反應室；排氣口，用于將反應劑氣體從反應室中排出。反應器還包括一排氣管，與容器的排氣口密封連接，用于在化學氣相沉積過程完成后，將反應劑氣體輸送至易配管以從反應室排出氣體。此外，反應器包括一致動器，設置在距容器一段距離處，用于在工作位置和維護保養位置間移動排氣管，在工作位置，排氣管與容器的排氣口密封連接，在維護保養位置，排氣管與排氣口離開一段距離，以提供一進入容器的入口。此外，反應器包括一機構，可操作地連接在排氣管和致動器之間，用于從致動器向排氣管傳遞運動，使排氣管在工作位置和維護保養位置間運動。
另一方面，本發明的裝置是用于一種桶形外延反應器，使其排氣管在工作位置和維護保養位置間運動。此裝置包括一致動器，設置在距反應器一段距離處，用于使排氣管在其工作位置和維護保養位置間運動。此外，包括一機構，可操作地連接在排氣管和致動器之間，用于從致動器向排氣管傳遞運動，使排氣管在工作位置和維護保養位置間運動。
另一方面，本發明包括一排氣管，用于從外延桶形反應器輸送反應劑氣體。排氣管包括一筒形殼，具有進水口和出水口；凸緣，設置在鄰近進水口處，其形狀和尺寸設計成適于使排氣管與桶形反應器的排氣口連接。排氣管還包括一不透水的套，環繞在排氣管的周圍。套與管限定了一環行冷卻通道，該通道至少沿排氣管的一部分延伸，用于使冷卻水繞排氣管循環，以便在化學氣相沉積過程中冷卻排氣管。
本發明的其它目的與特點有的將一目了然，有的將在下面指出。
在附圖的各視圖中相同的字符表示相同的部分。
對推薦實施例的詳細說明現在參看附圖，特別參看圖1，傳統的外延桶形反應器總體用標號10表示。此桶形反應器10是用于通過眾所周知的化學氣相沉積過程，在半導體晶片上沉積外延層。如圖2所示，桶形反應器10包括一反應室12，該反應室由一容器例如一倒置鐘形罩14構成，用于容納晶片W。鐘形罩14包括上部開口16，用于放入和取出晶片W；排氣口18(見圖3)，設置在鐘形罩底部，用于在沉積完成后從反應室排出反應劑氣體。凸緣20環繞鐘形罩14的上端設置，當鐘形罩安裝在工作站平臺P上時，用以支承鐘形罩，如圖1所示。
如圖2所進一步所示，一氣環30安裝在鐘形罩14的頂上，位于其上部開口16之上。兩接管咀32(圖中只示出其一)設置在氣環30內。用于將一種反應劑氣體(例如硅)引入反應室12。這種氣體在容納于反應室12內的半導體晶片W上形成一外延層。氣環30借助于設置在平臺P上的螺紋緊固件34(圖中只示出一緊固件)夾持就位。因此，氣環30起夾緊裝置的作用，將鐘形罩14的凸緣20夾持在工作站平臺P上。
密封板36安裝在氣環30上以密封反應室12的頂部。密封板36可升起，打開反應室12，以便從桶形反應器10中取出晶片W。懸掛在密封板36上的五邊形的襯托器38包括圓形凹下部40，用于將晶片W大體沿垂直方向放置，于是，每一晶片的一個表面暴露在反應室內的氣體中。沉積一旦完成后，襯托器38可升起于反應室之外，以允許將晶片W從凹下部40中取出。控制器42(見圖1)和電機(未示出)設置在密封板36之上，驅動襯托器38繞其垂直軸線旋轉，如在現有技術中眾所周知的那樣，使外延層在晶片W上均勻分布。冷卻套44環繞鐘形罩14設置，用于冷卻鐘形罩及相關裝置。
沉積完成后，反應劑氣體通過排氣管從反應室12中排出，該排氣管在圖3中總體標注為10，從鐘形罩14底部的排氣口18延伸。排氣管50包括排氣杯52；柔性管54，與排氣杯連接；和傳統的易配管56(見圖1)，與柔性管連接，用于將反應劑氣體從易配管排入大氣。如圖3所示，排氣杯52包括筒形內殼58，用于輸送反應劑氣體；不透水的冷卻套60，環繞在內殼上。冷卻套60和內殼58限定了一環行通道62，該環行通道沿排氣杯52延伸，用于使冷卻水繞排氣杯循環。內殼58在其上游端設有進水口64，在其下游端設有排水口66。第一凸緣68設置在進水口64處，用于將排氣杯52與鐘形罩14的排氣口18密封連接。第二凸緣70設置在內殼58的排氣口66處，將排氣杯52與柔性管54連接。一類似的凸緣72設置在柔性管54上，用于將排氣杯52與柔性管用螺紋連接器74連接。盡管在推薦實施例中使用螺紋連接器74將排氣杯52與柔性管54連接，其它連接裝置，例如帶夾(未示出)，也屬于本發明范圍之內。
如圖3所示，冷卻套60貼靠第一凸緣68，該凸緣包括一環行凹槽76，從環行冷卻通道62向上延伸進入凸緣。凹槽76使水在凸緣內環行流過以使凸緣冷卻。凸緣68的冷卻提高了在凸緣區域排氣杯52的壽命，在現有技術中，排氣杯對于破裂是敏感的。兩個O形密封圈槽78a、78b在第一凸緣66的上表面制出，用于安裝O形密封圈80a、80b，當第一凸緣被向上壓在鐘形罩的排氣口18時，密封圈將鐘形罩14和排氣杯52間的界面密封。通過一真空通道(未示出)可在密封圈80a、80b間形成真空，以進一步使第一凸緣68與鐘形罩14的排氣口間密封。環行流過第一凸緣68中冷卻通道62的冷卻水也降低O形密封圈80a、80b的溫度，這就延長了密封圈的壽命。如圖4所示，一進水口通道82將冷卻水送入環行通道62，設置在環行通道相反一端的出水口通道84，允許水從環行通道流出，以便當化學氣相沉積時從排氣杯帶出熱量。
如圖3所示，氣動致動器，總體標號為90，使排氣管在工作位置和維護保養位置間運動，在工作位置，排氣杯52的第一凸緣68與鐘形罩14的排氣口密封連接，在維護保養位置，第一凸緣與排氣口分離，以便維護排氣管和鐘形罩。致動器90包括汽缸體92和一與活塞桿94連接的活塞93，該活塞桿可滑動地設置在汽缸體中，于是在伸出位置與縮回位置間運動，以分別對應于排氣杯的工作位置和維護保養位置。此外，致動器具有一負載端(head end)壓力口96和一卸載端(rod end-即汽缸活塞桿一端)壓力口98，通過這些壓力口，具有壓力的氣體(例如氮氣)被引入汽缸以推動活塞桿相對于汽缸體92分別在伸出和縮回位置間運動。冷卻水進水口和出水口100、102允許冷卻水環行流過汽缸體98內的冷卻通道(未示出)以冷卻致動器90。為進一步降低致動器90的溫度，將致動器設置在距鐘形罩14一段距離處。
總體標號為110的裝置，可操作地將排氣管50與致動器90連接，用于從致動器向排氣管傳遞運動，使排氣管在工作位置與維護保養位置間運動。裝置110包括基板112，該基板具有兩平行的垂直板114(圖中只示出其一)；和杠桿116，該杠桿設置在垂直板之間。杠桿116借助于螺栓118可繞樞軸轉動地與垂直板連接。
杠桿116的一端可繞樞軸旋轉地與致動器90的活塞桿96連接。汽缸體98可繞樞軸轉動地設置在支架120上，該支架橫跨在板114的頂上，于是，當活塞桿96運動進入或伸出汽缸體時，致動器90自由地繞樞軸轉動。由于致動器90相對于基板112和杠桿116可自由地繞樞軸轉動，活塞桿96的彎曲力得以避免。安裝在支架118上的熱屏蔽122設置在鐘形罩14和致動器之間，用以將熱反射使其離開致動器，從而避免損壞致動器。
杠桿116上處于與致動器90相反一端處，與一總體標號為130的滑塊裝配體連接。滑塊裝配體130包括空心引導132；圓柱形隨動件134，可滑動地容納在空心引導中。當活塞桿94在其伸出和縮回位置間運動時，隨動件134在空心引導內分別相應地向上和向下滑動。隨動件134具有一圓孔136，從一側向內延伸。安裝在杠桿116一端并與滑塊裝配體130連接的球138即容納在孔136中，于是，當致動器90使杠桿繞樞軸轉動時，隨動元件134在空心引導內自由地上下滑動。在空心引導132的一側制出的槽140提供了間隙以允許杠桿116上下運動。從排氣杯52底部延伸的叉卡142，容納設置在隨動件頂部的眼桿(eye bar)144。叉卡142與眼桿144通過螺栓146實現可繞樞軸轉動的連接。連接裝置110和致動器90一起構成一種裝置，其總體標號為150，用于根據致動器桿94在伸出和縮回位置間的運動而升降排氣管50。
在正常工作情況下，致動器90的負載端壓力口被增壓以使活塞桿94伸出。隨著活塞桿94的伸出，杠桿116繞樞軸旋轉至圖3所示位置，在此狀態下，排氣杯52的第一凸緣68被向上壓在鐘形罩14的排氣口18上，以密封排氣杯和排氣口間的相應界面。周期性地，當沉積物在排氣管50和鐘形罩14內形成，致動器90的卸載端壓力口98被加壓以使桿94縮回。當活塞桿縮回時，杠桿116繞樞軸轉動(如圖3所示逆時針方向)，以使排氣杯52從鐘形罩14的排氣口18分離。一旦分離，鐘形罩14和／或排氣管50便可進行維護保養。
正如對于本領域的技術人員將一目了然的那樣，當致動器90將排氣杯向上壓在鐘形罩14是時，鐘形罩凸緣20被向上推并貼靠氣環30，氣環拉伸使氣環貼靠平臺P的螺紋緊固元件34。當準備更換鐘形罩14時，下降排氣杯52，釋放拉伸力，從而緊固元件可以松開。
如前所述，現有用于升降排氣杯52’的裝置150’由于其所使用的環境高溫而易于失效。特別是致動器90’，由于其在化學氣相沉積過程中暴露在鐘形罩14發散的熱中，因致動器內的密封(未示出)失效而失效。如上所述，本發明之裝置，通過加大鐘形罩14與致動器間的距離、通過用熱屏蔽122屏蔽致動器、和通過使冷卻水在致動器內循環解決了這一問題。此外，現有排氣杯52’的上凸緣68’和凸緣與鐘形罩14間的密封由于高溫環境而失效。如上所述，排氣管50，更具體說，本發明之排氣杯52是水冷卻的，可延長排氣管和密封80a、80b的壽命。
綜上所述，可見本發明的幾個目的均能達到，并獲得其它有利的結果。
由于在不超出本發明精神范圍內可對上述結構進行各種修改，包括在上述說明和附圖中的內容將被認為是為了說明的需要而并非對本發明的限制。
權利要求
1．桶形外延反應器使用的裝置，用于在其工作位置和維護保養位置間移動排氣管，在桶形反應器的工作位置，排氣管與反應器的排氣口連接，用于在化學氣相沉積完成后從反應器輸送反應劑氣體，在維護保養位置，排氣管離開反應器一段距離，以提供進入反應器的入口，所述裝置包括致動器，離開反應器一段距離，用于在所述工作位置和所述維護保養位置間移動排氣管；和一種可操縱地連接在排氣管和致動器之間的機構，用于從致動器向排氣管傳遞運動，使排氣管在所述工作位置和所述維護保養位置間運動。
2．如權利要求1所述的裝置，還包括一熱屏蔽，設置在反應器和致動器之間，用于防止熱從反應器傳至致動器。
3．如權利要求1所述的裝置，其中，致動器是具有冷卻通道的水冷致動器，用于在致動器內輸送冷卻水以移去從致動器傳來的熱。
4．如權利要求1所述的裝置，其中，該機構包括基板；杠桿，可繞樞軸轉動地與基板連接，杠桿在致動器與排氣管間延伸，用于從致動器向排氣管傳遞運動。
5．如權利要求4所述的裝置，其中，致動器與基板和杠桿是可繞樞軸轉動的連接。
6．如權利要求4所述的裝置，其中，杠桿和排氣管是可繞樞軸轉動的連接。
7．如權利要求1所述的裝置，其中，致動器是氣動致動器，該致動器包括汽缸；活塞，可滑動地容納在汽缸內，所述活塞根據流體進入和排出汽缸，而相對于汽缸體在伸出和縮回位置間運動。
8．如權利要求7所述的裝置，其中，該機構在活塞運動至所述伸出位置時使排氣管運動至所述工作位置，在活塞運動至所述縮回位置時，該機構使排氣管運動至所述維護保養位置。
9．如權利要求1所述的裝置，與桶形外延反應器組合在一起。
10．一種排氣管，用于在化學氣相沉積完成后從桶形外延反應器輸送反應劑氣體，所述排氣管包括筒形殼，該筒形殼具有進水口；出水口；和凸緣，該凸緣鄰近進水口，凸緣的尺寸和形狀設計成適于將排氣管與桶形反應器的排氣口連接；和不透水的套，環繞筒形殼設置，套與筒形殼限定了一環行冷卻通道，該通道沿排氣管的一部分長度延伸，用以使冷卻水環繞筒形殼循環，以便在化學氣相沉積時冷卻筒形殼。
全文摘要
一種桶形外延反應器,用于使用一種反應劑氣體,通過化學氣相沉積過程,在半導體晶片上沉積一層材料。桶形反應器包括一容器,該容器限定一反應室,反應室的尺寸設計成至少可容納一半導體晶片。容器具有:一進氣口,用于向所述反應室引入反應劑氣體;一出氣口,用于從所述反應室排出反應劑氣體。反應器還具有一排氣管,該排氣管與容器的排氣口密封連接,用于輸送反應劑氣體至易配管,以便在化學氣相沉積完成后從反應室排出所述氣體。此外反應器包括一致動器,與容器相距一段距離,用于使排氣管在其工作位置和維護保養位置間運動,在工作位置,排氣管與容器的排氣口密封連接,在維護保養位置,排氣管離開排氣口一段距離以提供進入容器的入口。此外反應器包括一機構,可操縱地連接在排氣管與致動器之間,用于從致動器向排氣管傳遞運動,使排氣管在其工作位置和維護保養位置間運動。
文檔編號C30B25/14GK1293722SQ99804050
公開日2001年5月2日 申請日期1999年2月26日 優先權日1998年3月17日
發明者烏姆伯托·戈尼羅, 弗蘭克·馬貢, 恩佐·伯南諾 申請人:Memc電子材料有限公司