半导体工艺设备中的炉管以及半导体工艺设备的制作方法

本申请涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体工艺设备中的炉管。本申请还涉及包括这种炉管的半导体工艺设备。

背景技术：

聚酰氩胺薄膜作为绝缘类材料，由于其具有较高的耐温性，高介电性，耐辐射性及粘结性，而广泛应用于芯片或晶圆的封装中。在芯片或晶圆封装制程中，在将聚酰氩胺液体真空加热固化之后，为修复聚酰氩胺薄膜的损伤以及加固其粘结性，通常采用芯片或晶圆封装修复装置。

芯片或晶圆封装修复装置通常为使用炉管的立式炉，待处理的晶圆设置在炉管内。通过向炉管内供入相应的工艺气体(例如氮气和氧气)，从而在炉管内产生形成所需的气氛，然后就可以对芯片或晶圆封装修复。

在现有技术中，炉管通常为上方进气、下方排气的结构，这易于导致炉管内气体分布不均匀，并因此甚至导致芯片或晶圆封装修复不良。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出了一种半导体工艺设备中的炉管。还提出了使用这种炉管的半导体工艺设备。

根据本发明的第一方面的半导体工艺设备中的炉管，包括：管体，所述管体的管口设置在所述管体的底端，所述管体的上部设置有排气口，所述管体的下部设置有进气口，所述管体的管腔内设置有进气环，所述进气环与所述进气口连通，所述进气环处于所述管腔的下部并沿所述管腔的周向延伸，并且所述进气环上设置有多个朝向所述管腔的出气口。

在一个实施例中，所述多个出气口在周向上以相同的圆心角间隔分布。

在一个实施例中，所述出气口设置在所述进气环的顶壁上，并且所述出气口的轴线倾斜指向所述管体的上部。

在一个实施例中，所述进气环的底壁上偏离所述出气口还设置有清洁口。

在一个实施例中，所述进气环贴合所述管腔的内壁设置。

在一个实施例中，所述进气环的截面为多边形，所述进气环与所述内壁贴合的侧壁与所述内壁相适配。

在一个实施例中，还包括设置于所述管口处的法兰结构，所述内管的至少部分固定附接在所述法兰结构上。

在一个实施例中，所述炉管还包括排气通道，所述排气通道设置在所述管体的外侧，并且所述排气通道的入口与所述出气口连通，所述排气通道的出口处于所述管体的下部。

在一个实施例中，所述排气通道的出口与所述进气口处于相同高度。

根据本发明的第二方面的半导体工艺设备，其特征在于，包括：晶舟、保温桶、根据上文所述的炉管，所述炉管用于容纳所述晶舟和所述保温桶。

在一个实施例中，所述保温桶能够相对于所述炉管转动，并且带动所述晶舟相对于所述炉管转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：在将炉管应用于半导体工艺设备时，工艺气体从炉管的下部进入管腔内，废气从炉管的顶部排出。这样有助于在进行修复之前，工艺气体对管腔内部环境进行彻底吹扫或置换，从而在管腔内形成良好的工艺气体气氛，从而有助于高品质地修复芯片或晶圆的封装薄膜。此外，在进气环上形成有多个出气口，这有助于在管腔内快速形成和保持均匀的工艺气体气氛，从而进一步有助于高品质修复芯片或晶圆的封装薄膜。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的半导体工艺设备中的炉管。

图2以截面图示意性地显示了炉管的结构。

图3以俯视图示意性地显示了炉管的结构。

图4示意性地显示了进气环的结构。

图5示意性地显示了进气环与法兰的位置关系。

图6示意性地显示了根据本发明的一个实施例的半导体工艺设备。

图7示意性地显示了半导体工艺设备内的气流路径。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1示意性地显示了根据发明的一个实施例的半导体工艺设备中的炉管1。如图1所示，炉管1包括管体100，和安装在管体100的管腔101内的进气环200。管体100的管口110设置在管体100的底端。管体100的上部设置有排气口102，在管体100的下部设置有进气口103，进气环200与进气口103连通。进气环200处于管腔101的下部并沿管腔101的周向延伸。在进气环200上设置有多个朝向管腔101的出气口201。

管体100大体为圆柱形，在将炉管1应用于根据本发明的半导体工艺设备2(如图6所示)时，炉管1以竖直方式安装，即，管体100的上部(或排气口102)朝上，下部(或进气口103或管口110)朝下。待处理的晶圆等通过管口110进入到管体100的内部。这样，在使用半导体工艺设备2进行修复工艺时(此时，晶圆处于炉管1的管腔101内)，工艺气体(例如，氮气或氧气)经进气口103、进气环200、出气口201而从炉管1的下部进入管腔101内，废气(例如，包括多种有机物的混合气体)经排气口102从炉管1的顶部排出。这样有助于在进行修复之前，工艺气体对管腔101内部环境进行彻底吹扫或置换，从而在管腔1内形成良好的工艺气体气氛，从而有助于实现高品质的修复。此外，在进气环200上形成有多个出气口201，这有助于在管腔101内快速形成和保持均匀的工艺气体气氛，从而进一步有助于提高修复品质。

在一个实施例中，为了便于与其他设备连接，在进气口103处还设置有进气接管120。

管体100优选为石英材质。这样，管体100具有良好的耐高温性、透光性、化学稳定性等优良性能，特别适于需要进行加热的环境。更优选地，进气环200也是石英材质。这样，进气环200和管体100的材质相同，从而在将进气环200安装在管体100内后，不会出现因热膨胀率不同而导致安装不牢固甚至发生损坏的情况。在一个具体的实施例中，可以将进气环200焊接在管体100上，例如将进气环200紧贴管腔101的内壁104而焊接。由于进气环200和管体100的材质相同，因此这种焊接易于进行，而且在使用炉管1期间，也能保持进气环200与管体100的牢固连接。

在一个实施例中，多个出气口201在周向上以相同的圆心角间隔分布。如图4所示，相邻的出气口201之间的圆心角α相同。例如，如果出气口201的数量为四个，则圆心角α为90度；如果出气口201的数量为六个，则圆心角α为60度，这里不再列举。发明人发现，这种分布的多个出气口201有助于气流的均匀性，并且快速在管腔101快速形成并保持均匀的工艺气体气氛，从而有助于提高修复良率。

出气口201的数量可以根据实际情况而定，例如对于直径为345mm的进气环200，出气口201的直径为9mm到10mm，数量为4。考虑到进气总量、出气口210的孔径大小，进气环200的直径等因素，出气口201的数量还可以进一步增加或减少，这里不再赘述。

优选地，如图4所示，出气口201处于进气环200的顶壁上并且出气口201的轴线倾斜指向管体100的上部。发明人发现，当工艺气体大体从多个出气口201喷出后，会在管腔101内沿螺旋方向朝向排气口102的方向运动。这延长了工艺气体在管腔101内的行程，从而与芯片或晶圆的接触更加充分，工艺气体也就能更有效地参与反应，从而能进一步提高修复良率。此外，工艺气体的螺旋运动也有助于在管腔101内形成更加均匀的气氛，这也有助于提高修复良率。

还如图4所示，在进气环200的底壁上偏离出气口201还设置有清洁口202，清洁口202的轴线指向管体100的下部。发明人发现，在修复过程中产生的废气含有多种有机物。这些有机物在高温下为气态，在室温下部分会转变为油状。因此，在炉管1使用一段时间后，需要使用药液清洗。在清洗结束后，清洁口202可以将进入进气环200的药液快速排出。此外，发明人意外发现，由于设置了出口朝下的清洁口202，在工艺过程中，工艺气体会通过清洁口202产生竖直向下的气流，使管腔101底部的工艺气体的密度高于管腔101的顶部，这相当于在管腔101的底部形成了工艺气体隔绝层，从而有助于辅助保持管腔101内的气氛，进一步有助于提高修复良率。

优选地，清洁口202的孔径小于出气口201的孔径，以避免不良地影响来自出气口201的出气量，进而不良地影响管腔101的气氛。清洁口202的数量可以为多个，这可以根据实际情况而定，这里不再赘述。

如图2和3所示，进气环200贴合管腔101的内壁104设置，例如，进气环200焊接在管腔101的内壁104上。应理解的是，还可以以其他方式将进气环200固定在管腔101内，例如铆接、螺栓连接等，这里不再赘述。为了实现进气环200贴合管腔101的内壁104，将进气环200的截面构造为多边形(例如，可以为矩形、正方向、三角形等)，并且进气环200的安装面(即，与内壁104接触的面)与管腔101的内壁104相适配，或顺应性变化。例如进气环200的安装面与内壁104具有相同曲率，以保证两者紧密接触。这样，进气环200与管腔101的内壁104的接触面较大，有助于将进气环200的稳定安装。以进气环200的截面构造为矩形为例，进气环200的尺寸可以为15×50mm，出于不同的应用需求，进气环200的尺寸可以灵活调整。

还如图2和图5所示，管体1还包括设置于管口110处的法兰结构300，进气环200的至少部分固定附接在法兰结构300上。具体来说，如图5所示，法兰结构300的内表面301形成管腔101的内壁104的一部分，这样进气环200的至少一部分就可以固定附接在法兰结构300上。在将进气环200焊接在管体100的情况下，设置法兰结构300是更有利的，这是由于法兰结构300的厚度大于管体100的管壁厚度，从而能保证焊接品质，并使得进气环200在管体100上的安装更牢固。

返回到图1，炉管1还包括排气通道400。排气通道400设置在管体100的外侧(例如外表面上)，并且排气通道400的入口与排气口102连通，排气通道400的出口处于管体100的下部。这样，即使废气中的有机物由于温度降低而凝结成油状，也会在重力作用下流到排气通道400的出口处，并进而被排出。这样，可以有效避免油状物的堵塞管路。在一个优选实施例中，排气通道400可通过一转接帽420与排气口102连通，转接帽420设置在管体100的顶面上且覆盖排气口102。排气通道400的入口可以设置在转接帽420的侧壁上，从而实现排气通道400的入口与排气口102连通。具体的，转接帽420呈圆柱装，轴向截面为矩形，具体尺寸可以为60×42mm，类似的，出于不同的应用需求，其尺寸可以灵活调整。在一个优选的实施例中，排气通道400的出口(或与出口相连的接管410)与进气环200的进气口103(或进气接管120)处于相同高度。这样，在将炉管1装配到半导体工艺设备2中时，仅需要在半导体工艺设备2的某一高度位置集中构造与炉管1对应的多个接口，这使得半导体工艺设备2的结构更加紧凑，并且使得装配更加容易。

图6示意性地显示了根据本发明的一个实施例的半导体工艺设备2，其可用于晶圆封装修复。如图6所示，半导体工艺设备2包括根据上文所述的炉管1，还包括均处于炉管1内的保温桶500和设置在保温桶500上的晶舟600，晶舟600在进气环200的上方。晶舟600的材质可以为石英。晶舟600用于承载待进行封装修复的晶圆(未示出)，保温桶500不但可以保持晶舟内的温度，还用于将晶舟600与进气环200间隔一定距离，这样可避免工艺气体直接吹向晶圆，造成修复不良，而且还使得晶圆处于更均匀的工艺气体气氛中，以进一步提高修复良率。

优选地，保温桶500能够相对于炉管1转动，并且带动晶舟600相对于炉管1转动。在一个具体的实施例中，半导体工艺设备2包括电机501，电机501设置在炉管1的下方并且与保温桶500相连。这样在电机501的带动下，保温桶500连同晶舟600会发现转动。随着保温桶500和晶舟600的转动，晶圆或芯片受热更加均匀，从而有助于提高晶圆封装修复良率。此外，保温桶500和晶舟600的转动还会带动管腔101内的工艺气体转动，使得工艺气体以螺旋方式从管腔101的下部上升到上部(如图7中的螺旋箭头700所示)。这使得工艺气体在管腔101内的流动路径更长，与晶圆或芯片的接触更充分，工艺气体也就能更有效地参与反应，从而能进一步提高修复晶圆封装的良率。此外，工艺气体的螺旋运动也有助于在管腔101内形成更加均匀的气氛，这也有助于提高修复晶圆封装的良率。应注意的是，在这种情况下，保温桶500和晶舟600的转动方向应当与出气口201的指向相一致，以使得两者对于气流的转动作用相互促进。还应理解的是，也可以仅通过保温桶500和晶舟600的转动来使得工艺气体螺旋转动。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。