[发明专利]一种密封结构及具有该密封结构的衬底处理设备

说明书

本发明涉及一种密封结构，用于衬底处理设备的法兰、上顶和腔体之间的密封，包括：法兰‑上顶密封隔离组件，用于法兰与上顶之间的密封，以及上顶的垂直方向的防接触破裂保护；上顶‑腔体密封隔离组件，用于上顶与腔体之间的密封，以及上顶的垂直方向的防接触破裂保护；法兰‑腔体密封组件，用于法兰与腔体之间的密封；上顶水平方向隔离组件，用于上顶的水平方向的防接触破裂保护。本发明还涉及一种应用该密封结构的衬底处理设备。本发明可在实现高温状态下的衬底处理设备真空密封及上顶对中的基础上，在安装及工艺处理过程中完全隔绝石英与金属的直接接触，解决石英上顶存在碎裂风险的技术问题。

技术领域

本发明涉及半导体外延工艺领域，具体涉及一种密封结构及具有该密封结构的衬底处理设备。

背景技术

在半导体外延工艺中，需要使用一种衬底处理设备，或称半导体工艺设备，用于放置待外延处理的半导体衬底，该衬底处理设备包括一个金属腔体、一个石英上顶和一个用于压紧该石英上顶的金属法兰。其中，处理步骤中的高温工艺，经常利用外部红外光源发出的红外线，透过衬底处理设备的石英上顶，对放置在金属腔体内的衬底进行辐射加热，以将衬底的温度快速升高至工艺温度。在加热衬底时，衬底处理设备的各组成部件的温度也会大幅升高，而该工艺要求衬底处理设备为一个密闭的真空环境，所以主要涉及以下技术难题：1、该结构需实现常温及高温状态下各不同材质部件间的真空密封连接；2、上顶的材质为易碎的石英，而腔体和法兰的材质为金属，如二者直接接触组装，因应力作用极易导致石英破碎而失去真空密封环境，故该结构要避免二者之间直接接触；3、高温下上顶会与O型密封圈之间产生位置滑移，导致上顶中心与腔体中心不对中，而产生工艺处理误差。

现有技术中解决上述问题多采用如下方式：在上顶外圆周与腔体之间设置多个O型密封圈，同时在上顶外圆周与法兰之间也设置多个O型密封圈，这样可以较好的实现高温状态下的真空密封和上顶对中，但是仍存在以下缺点：

1、安装过程中存在石英上顶碎裂风险。由于上顶是石英材质，在安装时，上顶的侧壁会接触到金属的法兰或腔体，造成碰撞从而损伤石英上顶；

2、正常工艺处理过程中仍不能完全避免上顶与金属法兰或腔体之间的接触机率。现有技术在工艺处理时，由于热处理产生的热膨胀使石英上顶可能会因为侧面受力不均匀造成石英上顶与金属法兰或金属腔体接触的机会，而这样的接触容易致使石英受力碎裂，导致工艺失败，增加生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密封结构及具有该密封结构的衬底处理设备，在保证实现高温状态下衬底处理设备的真空密封及石英上顶对中功能基础上，完全隔绝石英与金属的直接接触，解决石英上顶存在碎裂风险的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种密封结构，用于衬底处理设备的法兰、上顶和腔体之间的密封，包括：

法兰-上顶密封隔离组件，设置于所述法兰与所述上顶之间，用于所述法兰与所述上顶之间的密封，以及所述上顶的垂直方向的防接触破裂保护；

上顶-腔体密封隔离组件，设置于所述上顶与所述腔体之间，用于所述上顶与所述腔体之间的密封，以及所述上顶的垂直方向的防接触破裂保护；

法兰-腔体密封组件，设置于所述法兰与所述腔体之间，用于所述法兰与所述腔体之间的密封；

上顶水平方向隔离组件，设置于所述上顶侧壁一周，用于所述上顶的水平方向的防接触破裂保护。

进一步，所述上顶水平方向隔离组件包括：

隔离导向环，采用非金属材质，为内部中空的环状体，所述内部中空部分可容纳所述上顶；安装后，所述隔离导向环的环体内侧抵接所述上顶的侧壁，或设置0mm至5mm的间隙，所述隔离导向环的环体外侧抵接所述法兰或所述腔体内壁，或设置0mm至5mm的间隙，使所述上顶与所述法兰、所述腔体在水平方向上不直接接触；

隔离导向环固定装置，用于将所述隔离导向环固定于所述衬底处理设备内部。