CN103711937B - 一种半导体设备的微环境排气控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体设备的微环境排气控制装置，将气动阀的气缸通过一开口部具有水平外延裙边的倒置环形凹槽形气缸支撑体与一上集气盒连接，一下集气盒连通微环境，开有支排排气孔，上集气盒开有设备主排排气孔和气动阀阀体进入孔，上、下集气盒的连接面开有贯通的微环境的主排排气孔，阀体进入孔与微环境主排排气孔同心设置；气缸支撑体的凹槽裙边与上集气盒阀体进入孔的周围之间设有第一密封件，阀体下端面设有第二密封件，通过阀体在上集气盒内的上下移动，压紧二个密封件，实现有效密封，并具有阀体定位的功能。本发明结构简单、成本低廉、维护省力，可防止泄漏的发生。

Description

一种半导体设备的微环境排气控制装置

技术领域

本发明涉及一种半导体设备的排气系统，更具体地，涉及一种对半导体工艺设备的微环境进行排气控制的装置。

背景技术

在半导体生产中,经常需要经过热处理工序。经过热处理后，晶圆表面会形成一层均匀、无缺陷的薄膜。所谓薄膜，是一种在衬底上生长的薄固体物质，这层膜可以是导体、绝缘物质或是半导体材料。在半导体晶圆成膜工序中，为防止其自然氧化和受到颗粒污染，需要一微正压(一般为2～3Torr)、低氧含量(一般为3～5ppm)的特殊环境，称之为微环境。微环境位于工艺设备(主要是炉体)的下方，通过一直向其通入氮气，同时由排气管道排出空气和氮气混合气体来实现和维持微环境的指标要求。因此，微环境的排气控制至关重要。

在工艺过程中，当待处理的半导体晶圆准备进入微环境之前，向微环境内通入氮气，此时，微环境排气系统的主排和支路排气均打开；当微环境内压力及氧气含量达标后，关闭微环境主排，只需支路排气来维持，并且对半导体晶圆实施规定的处理。

打开与关闭微环境主排排气是用开关阀控制的。在传统设备中，一种控制手段是直接在主排排气管路上串联一真空插板阀。采用真空插板阀虽然可以实现需要的功能，但是价格昂贵；而且，在此不需要真空阀，因为是负压抽气，颗粒不会进入到微环境中而污染半导体晶圆。

目前，也有设备采用气动阀来控制主排开与关的，但是存在以下问题：在阀体离开开口、即主排打开时，气体会从气缸连接处泄漏出去，没有实现很好的密封；为了实现完全的密封，阀体上下两面均装有密封构件，且用螺栓固定,并在螺栓连接处用密封胶密封。虽然流经的气体不是腐蚀性气体(主要是空气和氮气)，但是密封构件也要定期地维护，阀体上面的密封构件更换时，需拆下阀体，给更换带来不便，且更换操作的时间延长。另外，阀体缺少运动位置检测，不能准确地判断阀体是否到达所要求的位置，给后续工作带来不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型的微环境排气控制装置，通过将连通微环境排气系统的集气盒与气动阀有机组合，设计出一种带有独特的上、下密封结构的排气控制装置，并具有阀体定位的功能。本装置结构简单，成本低廉，维护省力，可实现有效密封，防止泄漏。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种半导体设备的微环境排气控制装置，包括：

气动阀，其包括驱动气缸、螺杆和阀体；

设有上、下连接的二个集气盒，其中，所述下集气盒连通微环境，开有微环境支排排气孔；所述上集气盒开有设备主排排气孔和气动阀阀体进入孔；所述上、下集气盒的连接面开有贯通的微环境主排排气孔；所述阀体进入孔与所述微环境主排排气孔同心设置；

气缸支撑体，其为开口部具有水平外延裙边的环形凹槽结构，所述凹槽与所述微环境主排排气孔同心，且开口部向下密封连接在所述气动阀的气缸与上集气盒之间；其中，所述凹槽的中心具有供气动阀螺杆穿过的孔，气动阀的气缸外壳与凹槽的中心孔周围表面连接，所述凹槽的裙边与气动阀阀体进入孔周围的上集气盒顶端密封连接；

第一密封件,所述第一密封件中心具有供气动阀螺杆穿过的孔；其中,所述水平外延裙边通过第一密封件与气动阀阀体进入孔周围的所述上集气盒顶端相固接，所述凹槽的底端与所述气动阀气缸外壳的接触面相固接；第一密封件中心孔的直径大于螺杆直径但小于阀体直径，否则阀体升高时，将因接触不到第一密封件，而不能实现密封。

上集气盒的宽度与下集气盒相同，长度小于下集气盒。在长度方向上，上集气盒连接到下集气盒后，应使得下集气盒有足够的空间连接微环境的支路排气管道。

进一步地，所述螺杆穿过同心设置的气缸支撑体凹槽中心孔、第一密封件中心孔、阀体进入孔，与设于上集气盒内的阀体相固接，第一密封件中心孔的直径小于阀体直径。

进一步地，所述气缸支撑体凹槽的底端与所述气动阀气缸的接触面通过螺钉连接，所述凹槽的深度大于所述螺钉安装后在凹槽内的露出高度。气缸支撑体设置倒置凹槽的目的，是为了在其内部安装与气动阀气缸连接的螺钉，并防止螺钉头与第一密封件接触，否则阀体升高时，将不能压紧第一密封件，实现不了完全密封。

进一步地，所述气缸支撑体凹槽的开口最大尺寸小于气动阀的阀体直径，否则阀体升高时，因缺少来自凹槽裙边对应的压紧力，而不能压紧第一密封件，实现不了完全密封。

进一步地，所述螺杆一端与气动阀驱动气缸的缸杆端部螺纹连接，以便于装卸，并方便气缸、气缸支撑体、第一密封件及上集气盒相互之间的装卸；所述螺杆的另一端与阀体中心的盲孔螺纹连接，也可以与盲孔焊接，采用盲孔连接方式，可保证阀体下端面的密封效果。

进一步地，所述阀体底面设有第二密封件，其直径应明显大于微环境主排排气孔，以便阀体下降后，第二密封件能完全覆盖微环境主排排气孔。

进一步地，所述气缸支撑体的凹槽及其水平外延裙边的外形为环形或矩形。

进一步地，所述气缸支撑体可由带裙边的凹槽形变形为包括上、下连接的二个气缸支撑板，气动阀的气缸通过所述二个相互连接的气缸支撑板与上集气盒连接；其中，上气缸支撑板与气动阀的气缸固定连接，上气缸支撑板的两侧各设有一通孔，通过螺钉与下气缸支撑板的对应盲孔螺纹连接，上气缸支撑板通过其通孔下方的螺母与所述螺钉紧固连接；下气缸支撑板通过第一密封件与气动阀阀体进入孔周围的所述上集气盒顶端相固接；所述上、下气缸支撑板中心具有供气动阀螺杆穿过的孔，并与微环境主排排气孔同心。

进一步地，气动阀气缸设有位置检测磁性开关。在阀体下降压紧微环境主排排气口时，以及升高压紧第一密封件时，该磁性开关都可以发出位置检测信号，以方便进行其他工序。

从上述技术方案可以看出，本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：

1、采用气缸控制阀体来实现微环境主排排气的开与关，结构简单，成本降低；

2、气缸支撑体和上集气盒连接处设有第一密封件，使连接处能够完全密封；同时也可以防止气体在气缸连接处泄漏，实现有效密封；

3、第一、第二密封件更换简单，无需拆除阀体，省时省力。

4、阀体运动具有位置检测，可以准确判断出阀体是否运动到所要求的位置。

因此，本装置具有结构简单、成本低廉、维护省力的优点，可实现有效密封，防止泄漏的发生。

附图说明

图1为本发明中微环境主排排气孔打开时的结构剖视图；

图2为本发明中微环境主排排气孔关闭时的结构剖视图；

图3为本发明中气缸支撑体的另一种结构示意图；

图4为图1中A部的局部放大图。

图中1、下集气盒，2、上集气盒，3、第一密封件，4、气缸支撑体，5、磁性开关，6、驱动气缸，7、螺杆，8、阀体，9、第二密封件，10、下气缸支撑板，11、上气缸支撑板，12、螺钉，13、螺母，14、设备主排排气孔，15、支排排气孔，16、微环境主排排气孔，17、阀体进入孔，18、微环境。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

实施例一

在本实施例中,请参阅图1,图1是本发明中微环境主排排气孔打开时的结构剖视图。如图所示，本发明的排气控制装置中包括一气动阀，气动阀带有驱动气缸6、螺杆7、阀体8。控制装置中还设有上、下连接的二个集气盒，其中，下集气盒1与处于工艺设备下方的微环境18连接起来，下集气盒1开有微环境支排排气孔15；上集气盒2开有设备主排排气孔14和气动阀阀体进入孔17；上、下集气盒的连接面开有贯通的微环境主排排气孔16；阀体进入孔17与微环境主排排气孔16同心设置。本例中，上集气盒2的底面采用开口结构，其端口与下集气盒1的顶面应完好焊接，防止存在漏点。上集气盒2的宽度与下集气盒1相同，长度小于下集气盒1。在长度方向上，上集气盒2连接到下集气盒1后，应使得下集气盒1有足够的空间连接微环境的支路排气管道。

图1中的箭头指示为气体流向。当微环境主排排气孔16打开时，要求上集气盒2不能有任何气体泄露，须实现完全密封。此时，通过厂房负压抽出微环境里的气体，同时经设备主排排气孔14和支排排气孔15排出。

本发明的排气控制装置中还包括一个气缸支撑体4。为更清楚地说明其结构，请参阅图4，图4是本发明的图1中A部的局部放大图。如图所示，气缸支撑体4是一个在开口部具有水平外延裙边的凹槽结构，凹槽及裙边的外形最好为环形，也可以是矩形。凹槽中心具有供气动阀螺杆7穿过的孔，并与微环境主排排气孔16同心。凹槽开口部倒置向下，其水平外延裙边通过第一密封件3与气动阀阀体进入孔17周围的上集气盒2顶端用螺钉连接。第一密封件3与螺钉紧配合，可以起到密封作用，防止气体从螺钉连接处泄露。如果在螺孔部打上防护胶，则效果更好。还可以设计成螺钉不穿透上集气盒2顶面的形式。

请参阅图4，在安装时，先将气缸支撑体4的凹槽底端与气动阀气缸6外壳的接触面用螺钉连接起来，然后，再将气缸支撑体4的下部裙边部分与第一密封件3、上集气盒2用螺钉连接。气缸支撑体4的凹槽的突出结构设计，是为了在内部安装与气动阀驱动气缸6连接的螺钉，防止螺钉头与第一密封件3接触。否则阀体8离开微环境主排排气孔16而不能压紧第一密封件3，实现不了完全密封。因此，凹槽的深度应大于螺钉安装后在凹槽内的露出高度。而且，凹槽的开口最大尺寸应小于气动阀的阀体8直径，否则阀体升高时，因缺少来自凹槽裙边对应的压紧力，而不能压紧第一密封件，实现不了完全密封。

请继续参阅图4，在第一密封件3的中心处开有一圆孔，供气动阀螺杆7穿过。此孔直径大于螺杆7的直径，但是要小于阀体8的直径，否则阀体8抬起时，会因接触不到第一密封件3而不能实现密封。安装时，螺杆穿过同心设置的气缸支撑体凹槽中心孔、第一密封件中心孔、阀体进入孔，与设于上集气盒2内的阀体8相连接。在阀体8的上端中心位置开有一盲孔或带螺纹的盲孔，螺杆7同轴心地焊接或螺装到阀体8上。采用盲孔连接方式，可保证阀体下端面的密封效果。阀体8的下端面同轴心地粘贴有第二密封件9，其直径应明显大于微环境主排排气孔16，以便阀体8下降后，第二密封件9能完全覆盖微环境主排排气孔16。然后，螺杆7再同轴心螺纹连接到气动阀气缸6内的缸杆上，螺纹连接可方便气缸、气缸支撑体、第一密封件及上集气盒相互之间的装卸。显然，如果缸杆外径大于螺杆7时，气缸支撑体凹槽中心孔、第一密封件中心孔也要适应其自由通过。此时，微环境主排排气孔16打开时，阀体8上升并压紧第一密封件3，第一密封件3发生弹性变形而堵塞气动阀的气缸间隙，从而可以实现密封。

请参阅图2，图2为本发明中微环境主排排气孔关闭时的剖视图。气动阀的气缸6与气缸支撑体4、上集气盒2及二个密封件的结构和安装方式与图1相同，此处作省略描述。图中箭头指示为气体流向。如图所示，在微环境内的氧气含量和压力达到要求后，只需支路排气来维持时，需关闭微环境主排排气孔16。此时，阀体8下降，因阀体8及连带的第二密封件9的直径大于微环境主排排气孔16，使第二密封件9可压紧下集气盒1的上端面，并封住孔口。第二密封件9因发生弹性变形而堵塞微环境主排排气孔16的间隙，从而实现密封。微环境内的气体将只从支排排气孔排出15。

此外，在气动阀的气缸上装有磁性开关5，具有位置检测作用。请参阅图3，图3是本发明中气缸支撑体的另一种结构示意图(此处借用图3对磁性开关的作用进行说明)。在阀体8下降压紧下集气盒1的微环境主排排气孔16、和上升压紧第一密封件3时，都会发出位置检测信号，使控制效果更安全、可靠，能方便地进行其他工序。

实施例二

请参阅图3，图3为本发明中气缸支撑体的另一种变形结构。如图所示，气缸支撑体包括上、下设置的上气缸支撑板11和下气缸支撑板10。上气缸支撑板11与气动阀驱动气缸6固定连接，上气缸支撑板11两侧各设有一通孔，通过螺钉12与下气缸支撑板10上对应的螺纹盲孔连接，螺钉12通过螺母13与上气缸支撑板紧固连接。安装时，螺母13先不要拧紧，先完成下气缸支撑板10与螺钉12的安装，再拧紧螺母13。上气缸支撑板11和下气缸支撑板10还可以通过螺杆进行连接。最后上集气盒2、第一密封件3、下气缸支撑板10再通过螺钉连接在一起。上、下气缸支撑板中心具有供气动阀螺杆和与螺杆连接的驱动气缸缸杆穿过的孔，并与微环境主排排气孔同心。在气动阀的气缸上装有磁性开关5，具有位置检测作用。在阀体8下降压紧下集气盒1的微环境主排排气孔16、和上升压紧第一密封件3时，都会发出位置检测信号，使控制效果更安全、可靠，能方便地进行其他工序。其他的连接方式和结构与实施例一相同。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种半导体设备的微环境排气控制装置，包括集气盒、气动阀、密封件，其特征在于，包括：

气动阀，其包括驱动气缸、螺杆和阀体；

设有上、下连接的二个集气盒，其中，所述下集气盒连通微环境，开有微环境支排排气孔；所述上集气盒开有设备主排排气孔和气动阀阀体进入孔；所述上、下集气盒的连接面开有贯通的微环境主排排气孔；所述阀体进入孔与所述微环境主排排气孔同心设置；

气缸支撑体，其为开口部具有水平外延裙边的环形凹槽结构，所述凹槽与所述微环境主排排气孔同心，且开口部向下密封连接在所述气动阀的气缸与上集气盒之间；其中，所述凹槽的中心具有供气动阀螺杆穿过的孔，气动阀的气缸外壳与凹槽的中心孔周围表面连接，所述凹槽的裙边与气动阀阀体进入孔周围的上集气盒顶端密封连接；

第一密封件,所述第一密封件中心具有供气动阀螺杆穿过的孔；其中,所述水平外延裙边通过第一密封件与气动阀阀体进入孔周围的所述上集气盒顶端相固接，所述凹槽的底端与所述气动阀气缸外壳的接触面相固接；第一密封件中心孔的直径大于螺杆直径但小于阀体直径。

2.如权利要求1所述的排气控制装置，其特征在于，所述螺杆穿过同心设置的气缸支撑体凹槽中心孔、第一密封件中心孔、阀体进入孔，与设于上集气盒内的阀体相固接，第一密封件中心孔的直径小于阀体直径。

3.如权利要求1所述的排气控制装置，其特征在于，所述气缸支撑体凹槽的底端与所述气动阀气缸的接触面通过螺钉连接，所述凹槽的深度大于所述螺钉安装后在凹槽内的露出高度。

4.如权利要求1所述的排气控制装置，其特征在于，所述气缸支撑体凹槽的开口最大尺寸小于气动阀的阀体直径。

5.如权利要求1或2所述的排气控制装置，其特征在于，所述螺杆一端与气动阀驱动气缸的缸杆端部螺纹连接，另一端与阀体中心的盲孔螺纹连接或焊接。

6.如权利要求1所述的排气控制装置，其特征在于，所述阀体底面设有第二密封件。

7.如权利要求1～4任意一项所述的排气控制装置，其特征在于，所述气缸支撑体的凹槽及其水平外延裙边的外形为环形或矩形。

8.如权利要求1所述的排气控制装置，其特征在于，所述气缸支撑体包括上、下连接的二个气缸支撑板，气动阀的气缸通过所述二个相互连接的气缸支撑板与上集气盒连接；其中，上气缸支撑板与气动阀的气缸固定连接，上气缸支撑板的两侧各设有通孔，通过螺钉与下气缸支撑板的对应盲孔螺纹连接，上气缸支撑板通过其通孔下方的螺母与所述螺钉紧固连接；下气缸支撑板通过第一密封件与气动阀阀体进入孔周围的所述上集气盒顶端相固接；所述上、下气缸支撑板中心具有供气动阀螺杆和与螺杆连接的驱动气缸缸杆穿过的孔，并与微环境主排排气孔同心。

9.如权利要求1～4及8任意一项所述的排气控制装置，其特征在于，所述气动阀的气缸设有位置检测磁性开关。