一种化学气相沉积装置及其清洁方法与流程

本发明涉及半导体加工领域，具体涉及一种化学气相沉积装置及其清洁方法。

背景技术：

目前工业上广泛使用的化学气相沉积设备，具有大旋转臂的晶圆载体和晶圆载体下方的加热元件，参加反应的气体流过晶圆因为下方加热而反应沉积，剩余气体借助排气装置自反应腔排出。排气装置具有控制反应腔的气体流与稳定反应所需气体压力，必须尽可能的保持排气口的通畅，才能保持反应腔内的条件均一进而维持晶圆工艺的一致性。所以可以经常性维持排气口清洁并移除沉积的寄生反应物，进而减少拆卸清理反应腔的时间与次数，便是化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition,简称CVD）业内大家一直在努力的优化方向。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种化学气相沉积装置及其清洁方法，通过在气体抽取部件内设置多个清洁部件，使得多个清洁部件与气体抽取部件的多个抽气孔位置分别对应；并且将每个清洁部件与限流环连接。当限流环上下移动时能够带动多个清洁部件移动，从而带动清洁部件中的刮片旋转从而清除沉积在抽气孔上的沉淀物，并将沉淀物带入气体抽取部件底部，保持抽气孔的清洁通畅。本发明提高了化学气相沉积装置的工作效率，延长了每次化学气相沉积装置的拆卸清理时间，降低了化学气相沉积装置的使用成本。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种化学气相沉积装置，该装置包含：

反应腔；

进气部件，设置在所述反应腔顶部，并与该反应腔内部相通；

旋转轴，设置在所述反应腔内底部；

托盘，设置在所述旋转轴顶部，并与所述进气部件相对设置；

加热部件，环绕设置在所述旋转轴、所述托盘下方；

限流环，设置在所述托盘周边；

气体抽取部件，设置在所述反应腔内底部，并环绕设置在所述加热装置周边；所述气体抽取部件与外部相通，所述气体抽取环顶盖设有多个抽气孔；

多个清洁部件，每个所述清洁部件包含：一个传动单元和刮片；所述传动单元还包含第一旋转轴、第二旋转轴，所述刮片设置在所述第一旋转轴、所述第二旋转轴上；

所述传动单元还包括曲轴结构，所述曲轴结构包含一对旋转臂、一个第一连杆；

所述清洁部件还包括与所述限流环上向下延伸的连动杆，所述第一连杆与所述连动杆相连接，所述第一连杆通过一对所述旋转臂分别与所述第一旋转轴、第二旋转轴连接；

所述刮片的位置与相应所述抽气孔位置对应，所述限流环上下运动时，所述连动杆驱动所述传动单元上的刮片沿旋转轴转动，所述刮片扫过所述抽气孔。

所述气体抽取部件包含：

气体抽取环，呈环形，设置在所述反应腔内底部，并环绕设置在所述加热装置周边；

气体抽取环顶盖，呈环形，对应设置在所述气体抽取环顶部。

所述气体抽取环截面呈U形；该气体抽取环设有一对汇总孔，所述一对汇总孔对称设置在该气体抽取环底部；

所述气体抽取部件通过该对汇总孔于外部相通。

所述传动杆单元中：

所述第一旋转轴的一端与所述气体抽取环的一内侧壁连接，该第一旋转轴的另一端与所述曲轴结构连接； 所述刮片设置在该第一旋转轴上；

所述第二旋转轴的一端与所述气体抽取环的另一内侧壁连接，该第二旋转轴的另一端与所述曲轴结构连接；

所述第一旋转轴与所述第二旋转轴处于一条直线上。

所述曲轴结构中：

所述第一旋转轴的一端与所述反应腔的一内侧壁连接，该第一旋转轴的另一端与所述曲轴结构连接； 所述刮片设置在该第一旋转轴上；

所述第二旋转轴的一端与该反应腔的同侧内侧壁连接，该第二旋转轴的另一端与所述曲轴结构连接；

所述第一旋转轴与所述第二旋转轴处于一条直线上。

所述曲轴结构中：

一对对称设置的旋转臂，一个所述旋转臂的外侧壁底部与所述第一旋转轴连接；另一个所述旋转臂的外侧壁底部所述第二旋转轴连接；

第一连杆，设置在所述一对旋转臂顶部之间。

所述连动杆包含：

连动环，套置在所述第一连杆上；

第二连杆，所述第二连杆的一端与所述连动环连接，该第二连杆的另一端与所述限流环连接。

所述旋转臂的直径大于所述第二连杆的长度。

所述第二连杆的初始位置与铅垂面呈一个锐角。

一种用于化学气相沉积装置的清洁部件，所述化学气相沉积装置包含：反应腔，设于反应腔的顶部进气部件，设于反应腔内部的旋转轴、托盘、加热部件、限流环，以及设于反应腔内底部的气体抽取部件；

该清洁部件设置于所述反应腔内，并与限流环连接；所述清洁部件包含：

一个传动单元和刮片；所述传动单元还包含第一旋转轴、第二旋转轴，所述刮片设置在所述第一旋转轴、所述第二旋转轴上；

所述传动单元还包括曲轴结构，所述曲轴结构包含一对旋转臂、一个第一连杆；

所述清洁部件还包括与所述限流环上向下延伸的连动杆，所述第一连杆与所述连动杆相连接，所述第一连杆通过一对所述旋转臂分别与所述第一旋转轴、第二旋转轴连接；

所述刮片的位置与相应所述抽气孔位置对应，所述限流环上下运动时，所述连动杆驱动所述传动单元上的刮片沿旋转轴转动，所述刮片扫过所述抽气孔。

所述气体抽取部件包含：

气体抽取环，呈环形，设置在所述反应腔内底部，并环绕设置在所述加热装置周边；

气体抽取环顶盖，呈环形，对应设置在所述气体抽取环顶部，所述气体抽取环顶盖设有抽气孔。

所述气体抽取环截面呈U形；该气体抽取环设有一对汇总孔，所述一对汇总孔对称设置在该气体抽取环底部；

所述气体抽取部件通过该对汇总孔于外部相通。

所述传动杆单元中：

第一旋转轴，所述第一旋转轴的一端与所述气体抽取环的一内侧壁连接，该第一旋转轴的另一端与所述曲轴结构连接；所述刮片设置在该第一旋转轴上；

第二旋转轴，所述第二旋转轴的一端与所述气体抽取环的另一内侧壁连接，该第二旋转轴的另一端与所述曲轴结构连接；

所述第一旋转轴与所述第二旋转轴处于一条直线上。

所述曲轴结构中：

所述第一旋转轴的一端与所述反应腔的一内侧壁连接，该第一旋转轴的另一端与所述曲轴结构连接； 所述刮片设置在该第一旋转轴上；

所述第二旋转轴的一端与该反应腔的同侧内侧壁连接，该第二旋转轴的另一端与所述曲轴结构连接；

所述第一旋转轴与所述第二旋转轴处于一条直线上。

所述曲轴结构中：

一个所述旋转臂的外侧壁底部与所述第一旋转轴连接；另一个所述旋转臂的外侧壁底部所述第二旋转轴连接；

第一连杆，设置在所述一对旋转臂顶部之间。

所述连动杆包含：

连动环，设置在所述第一连杆上；

第二连杆，所述第二连杆的一端与所述连动环连接，该第二连杆的另一端与所述限流环连接。

所述旋转臂的直径大于所述第二连杆的长度。

所述第二连杆的初始位置与铅垂面呈一个锐角。

一种化学气相沉积装置的清洁方法，该方法包含如下步骤：

在所述气体抽取部件内设定多个所述清洁部件，或在反应腔内设定多个所述清洁部件；

当所述限流环移动时，带动多个所述清洁部件转动；

每个所述清洁部件与对应的所述抽气孔相接触，以清洁该抽气孔。

根据所述气体抽取部件中抽气孔的数量，设定所述清洁部件的数量；

将每个所述清洁部件的刮片位置与相应的所述抽气孔位置一一对应；

将所有的清洁部件设定在所述气体抽取环内或设定在所述反应腔内；同时确保初始状态时，所述第二连杆的初始位置与铅垂面之间呈一个锐角。

当所述限流环进行上下移动时，带动所有的连动杆进行上下移动；

每个所述连动杆带动与其连接的曲轴结构转动，从而带动刮片转动。

当每个所述刮片在所述气体抽取部件内转动时，该刮片与对应的所述抽气孔充分接触，将沉积在该抽气孔上的沉淀物去除，并将沉淀物带入截面呈U形的所述气体抽取环内，实现所有抽气孔的清洁。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明公开的一种化学气相沉积装置及其清洁方法，通过在气体抽取部件内设置多个清洁部件，使得多个清洁部件与气体抽取部件的多个抽气孔位置分别对应；并且将每个清洁部件与限流环连接。当限流环上下移动时能够带动多个清洁部件移动，从而带动清洁部件中的刮片旋转从而清除沉积在抽气孔上的沉淀物，并将沉淀物带入气体抽取部件底部，保持抽气孔的清洁通畅。延长了每次化学气相沉积装置的拆卸清理时间，降低了化学气相沉积装置的使用成本。

附图说明

图1为本发明一种化学气相沉积装置的整体结构示意图。

图2为本发明一种化学气相沉积装置的局部结构示意图之一。

图3为本发明一种化学气相沉积装置的局部结构示意图之二。

图4为本发明一种化学气相沉积装置的局部结构示意图之三。

图5为本发明一种化学气相沉积装置清洁方法的整体流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

实施例1

如图1-图3所示，一种化学气相沉积装置，该装置包含：反应腔1、进气部件2、旋转轴3、托盘5、加热部件4、限流环6、气体抽取部件7及多个清洁部件8。

其中，进气部件2设置在反应腔1顶部，并与该反应腔1内部相通。旋转轴3设置在反应腔1内底部。托盘5设置在旋转轴3顶部，并与进气部件2相对设置。加热部件4环绕设置在旋转轴3、托盘5周边。限流环6设置在托盘5、加热装置4周边。气体抽取部件7设置在反应腔1内底部，并环绕设置在加热装置4周边；气体抽取部件7与外部相通。多个清洁部件8分别与限流环6连接。

如图1所示，加热装置4包含：加热器41、加热器隔热屏42。其中，加热器41设置在托盘5底部，加热器隔热屏42环绕设置在托盘5及旋转轴3周边。

在化学气相沉积装置使用中，工艺气体通过进气部件2进入反应腔1内，与放置于旋转轴3顶部旋转的托盘5承载的晶圆发生化学反应。此时，托盘5被加热器41进行加热。

工艺气体在托盘5表面的均匀分布对MOCVD工艺是至关重要的。为了确保这个关键的工艺要求，除了进气部件2的作用之外，气体抽取部件7的作用也非常大。气体抽取部件7能够均匀抽取由托盘5流下的气体，如果气体抽取部件7的气流抽取不均匀，则会直接影响托盘5上的气流分布，进而影响工艺结果。

因此，确保气体抽取部件7的抽取气流的均匀性，成为本发明要解决的一个重要问题。

如图2所示，气体抽取部件7包含：气体抽取环71、气体抽取环顶盖72。气体抽取环71呈环形，设置在反应腔1内底部，并环绕设置在加热装置4周边。气体抽取环顶盖72呈环形，对应设置在气体抽取环71顶部。

本发明中，气体抽取环顶盖72设有多个抽气孔721；多个抽气孔721的个数与多个清洁部件8的个数相同。气体抽取环71截面呈U形；该气体抽取环71设有一对汇总孔711，一对汇总孔711对称设置在该气体抽取环71底部；气体抽取部件7通过该对汇总孔711于外部相通。

本发明中，多个抽气孔721用于均匀分布由托盘5流下来的气体；由气体抽取环顶盖72的多个抽气孔721流入的气体在气体抽取环71中流动至一对汇总孔711，气体经由汇总口流出。

在金属有机化学气相沉积（或称“MOCVD”）工艺中，会产生大量颗粒状或片状副产物。这些副产物在托盘5上的气流中产生，并跟随气流落在气体抽取部件7的气体抽取环顶盖72上，并大量沉积，一段时间后，沉积物会将部分或全部的抽气孔721堵塞，造成工艺气体分布不均匀，进而造成MOCVD工艺不稳定。

同时，MOCVD工艺中，也经常发生晶圆从托盘5上飞落的事故，因此，晶圆碎片也会落在气体抽取环顶盖72上，将抽气孔721堵塞，造成工艺气体分布不均匀，进而造成MOCVD工艺不稳定。

一旦发生上述事故时，需要停止化学气相沉积装置，进行维护。因此，在本发明中，通过增加多个清洁部件8，确保气体抽取部件7的全部抽气孔721不会发生堵塞现象，避免由于气体抽取部件7堵塞造成的化学气相沉积装置维护。

如图3所示，每个清洁部件8包含：传动单元81、刮片82及连动杆83。其中，传动单元81可设置在气体抽取环71两侧壁之间。刮片82设置在传动单元81上，并与气体抽取环顶盖72上相应抽气孔721位置对应。连动杆83一端与传动杆单元81连接，该连动杆83另一端与限流环6连接。

本发明中，只要能够实现清除对应抽气孔721内的沉积物，刮片82可以呈任意形状，同时可以为实心片（块）或空心框架。同时，刮片82轴线位置可以与对应抽气孔721处于同一平面位置，或是在对应抽气孔721的上、下、前、后位置。

本发明中，传动单元81还可设置在反应腔1一侧的内壁上。

如图3、图4所示，传动杆单元81包含：曲轴结构811、第一旋转轴812及第二旋转轴813。

当传动单元81设置在气体抽取环71两侧壁之间时，第一旋转轴812的一端与气体抽取环71的一内侧壁连接，该第一旋转轴812的另一端与曲轴结构811连接； 刮片82设置在该第一旋转轴812上。第二旋转轴813的一端与气体抽取环71的另一内侧壁连接，该第二旋转轴813的另一端与曲轴结构811连接。第一旋转轴812与第二旋转轴813处于一条直线上。

当传动单元81设置在反应腔1一侧的内壁上时，第一旋转轴812的一端与反应腔1的一内侧壁连接，该第一旋转轴812的另一端与曲轴结构811连接； 刮片82设置在该第一旋转轴812上。第二旋转轴813的一端与反应腔1同一内侧壁连接，该第二旋转轴813的另一端与曲轴结构811连接。第一旋转轴812与第二旋转轴813处于一条直线上。

如图3、图4所示，曲轴结构811包含：一对对称设置的旋转臂8111、第一连杆8112。一个旋转臂8111的外侧壁底部与第一旋转轴812连接；另一个旋转臂8111的外侧壁底部第二旋转轴813连接。第一连杆8112设置在一对旋转臂8111顶部之间。

如图4所示，连动杆83包含：连动环831、第二连杆832。其中，连动环831套置在第一连杆8112上。第二连杆832的一端与连动环831连接，该第二连杆832的另一端与限流环6连接。

其中，旋转臂8111的直径大于第二连杆832的长度。第二连杆832的初始位置与铅垂面呈一个锐角。

本发明的上述设计，是为了确保限流环6上下移动时，能够方便、连贯的带动第二连杆832运动，从而带动刮片82转动，清除对应抽气孔721中的沉淀物。

如图5所示，本发明公开的化学气相沉积装置清洁方法具体操作如下步骤：

S1，在气体抽取部件7内或反应腔1内设定多个清洁部件8。

根据气体抽取部件7中抽气孔721的数量，设定清洁部件8的数量。将所有的清洁部件8设定在气体抽取环71内或反应腔1内；确保每个清洁部件8的刮片82与气体抽取环顶盖72上相应的抽气孔721位置一一对应。

同时，要求曲轴结构811的一对旋转臂8111的直径均大于第二连杆832的长度。同时确保初始状态时，设置第二连杆832的初始位置与铅垂面呈一个锐角。

S2，当限流环6移动时，带动多个清洁部件8转动。

当限流环6进行上下移动时，带动所有的连动杆83进行上下移动；每个连动杆83带动与其连接的曲轴结构811转动，从而带动刮片82转动。

S3，每个清洁部件8与对应的抽气孔721相接触，以清洁该抽气孔721。

当每个刮片82在气体抽取部件7内或在反应腔1内转动时，该刮片82与对应的抽气孔721充分接触，将沉积在该抽气孔721上的沉淀物去除，并将沉淀物带入截面呈U形的气体抽取环71内，实现所有抽气孔721的清洁通畅。

实施例2

在化学气相沉积装置使用中，工艺气体通过进气部件2进入反应腔1内，与放置于旋转轴3顶部旋转的托盘5承载的晶圆发生化学反应。此时，托盘5被加热器41进行加热。

工艺气体在托盘5表面的均匀分布对MOCVD工艺是至关重要的。为了确保这个关键的工艺要求，除了进气部件2的作用之外，气体抽取部件7的作用也非常大。气体抽取部件7能够均匀抽取由托盘5流下的气体，如果气体抽取部件7的气流抽取不均匀，则会直接影响托盘5上的气流分布，进而影响工艺结果。

在金属有机化学气相沉积（或称“MOCVD”）工艺中，会产生大量颗粒状或片状副产物。这些副产物在托盘5上的气流中产生，并跟随气流落在气体抽取部件7上，并大量沉积，一段时间后，沉积物会将气体抽取部件7堵塞，造成工艺气体分布不均匀，进而造成MOCVD工艺不稳定。

同时，MOCVD工艺中，也经常发生晶圆从托盘5上飞落的事故，因此，晶圆碎片也会落在气体抽取部件7上，将气体抽取部件7堵塞，造成工艺气体分布不均匀，进而造成MOCVD工艺不稳定。

因此，确保气体抽取部件7的抽取气流的均匀性，成为本发明要解决的一个重要问题。为了解决上述问题，本发明提供了一种用于化学气相沉积装置的清洁部件，该清洁部件的结构、工作原理具体如下。

如图1-图4所示，一种用于化学气相沉积装置的清洁部件8，设置在化学气相沉积装置内。该化学气相沉积装置包含：反应腔1，设于反应腔1的顶部进气部件2，设于反应腔1内部的旋转轴3、托盘5、加热部件4、限流环6，以及设于反应腔1内底部的气体抽取部件7。

如图1-图4所示，用于化学气相沉积装置的清洁部件8可设置于气体抽取部件7内，并与限流环6连接；清洁部件8也可设置于反应腔1内，并与限流环6连接。

清洁部件8包含：传动单元81、刮片82及连动杆83。其中，传动单元81可设置在气体抽取部件7内或反应腔1内。刮片82设置在传动单元81上；连动杆83一端与传动杆单元81连接，该连动杆83另一端与限流环6连接。

本发明中，只要能够实现清除对应抽气孔721内的沉积物，刮片82可以呈任意形状，同时可以为实心片（块）或空心框架。同时，刮片82轴线位置可以与对应抽气孔721处于同一平面位置，或是在对应抽气孔721的上、下、前、后位置。

如图2所示，气体抽取部件7包含：气体抽取环71、气体抽取环顶盖72。其中，气体抽取环71呈环形，设置在反应腔1内底部，并环绕设置在加热装置4周边。气体抽取环顶盖72呈环形，对应设置在气体抽取环71顶部。

其中，气体抽取环顶盖72设有抽气孔721。气体抽取环71截面呈U形；该气体抽取环71设有一对汇总孔711，一对汇总孔711对称设置在该气体抽取环71底部。气体抽取部件7通过该对汇总孔711于外部相通。

传动单元81设置在气体抽取环71两侧壁之间，刮片82与抽气孔721位置对应。

如图3、图4所示，传动杆单元81包含：曲轴结构811、第一旋转轴812及第二旋转轴813。

其中，当传动杆单元81设置在气体抽取部件7内时，第一旋转轴812的一端与气体抽取环71的一内侧壁连接，该第一旋转轴812的另一端与曲轴结构811连接；刮片82设置在该第一旋转轴812上。第二旋转轴813的一端与气体抽取环71的另一内侧壁连接，该第二旋转轴813的另一端与曲轴结构811连接。第一旋转轴812与第二旋转轴813处于一条直线上。

其中，当传动杆单元81设置在反应腔1内时，第一旋转轴812的一端与反应腔1的一内侧壁连接，该第一旋转轴812的另一端与曲轴结构811连接；刮片82设置在该第一旋转轴812上。第二旋转轴813的一端与反应腔1的同一内侧壁连接，该第二旋转轴813的另一端与曲轴结构811连接。第一旋转轴812与第二旋转轴813处于一条直线上。

如图3、图4所示，曲轴结构811包含：一对对称设置的旋转臂8111、第一连杆8112。其中，一个旋转臂8111的外侧壁底部与第一旋转轴812连接；另一个旋转臂8111的外侧壁底部第二旋转轴813连接。第一连杆8112设置在一对旋转臂8111顶部之间。

如图3、图4所示，连动杆83包含：连动环831及第二连杆832。其中，连动环831设置在第一连杆8112上。第二连杆832的一端与连动环831连接，该第二连杆832的另一端与限流环6连接。

本发明中，旋转臂8111的直径大于第二连杆832的长度。第二连杆832的初始位置与铅垂面呈一个锐角。

本发明中，为了实现工艺气体分布均匀的要求，在气体抽取部件7的气体抽取环顶盖72上设置一个或多个抽气孔721，则需要在气体抽取环71的内设置与抽气孔721数量相同的清洁部件8，并且使得多个清洁部件8的刮片82与多个抽气孔721位置一一对应。

如图5所示，一种用于化学气相沉积装置的清洁部件的使用方法具体如下：

S1，在气体抽取部件7内或反应腔1内设定多个清洁部件8。

根据气体抽取部件7中抽气孔721的数量，设定清洁部件8的数量。将所有的清洁部件8设定在气体抽取环71内或反应腔1内；确保每个清洁部件8的刮片82与气体抽取环顶盖72上相应的抽气孔721位置一一对应。

同时，要求曲轴结构811的一对旋转臂8111的直径均大于第二连杆832的长度。同时确保初始状态时，设置第二连杆832的初始位置与铅垂面呈一个锐角。

S2，当限流环6移动时，带动多个清洁部件8转动。

当限流环6进行上下移动时，带动所有的连动杆83进行上下移动；每个连动杆83带动与其连接的曲轴结构811转动，从而带动刮片82在气体抽取部件7内转动。

S3，每个清洁部件8与对应的抽气孔721相接触，以清洁该抽气孔721。

当每个刮片82在气体抽取部件7内或反应腔1内转动时，该刮片82与对应的抽气孔721充分接触，将沉积在该抽气孔721上的沉淀物去除，并将沉淀物带入截面呈U形的气体抽取环71内，实现所有抽气孔721的清洁通畅。

本发明能够有效地延长每次化学气相沉积装置的拆卸清理时间，并且提高了化学气相沉积装置的工作效率，降低了化学气相沉积装置的使用成本。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。