CN102645102B - 冷却系统及具该系统的热退火炉管和冷却方法 - Google Patents

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Abstract

一种冷却系统，用于热退火炉管的冷却，包括设置在所述热退火炉管的工艺气体入端一侧并依次顺序连接的冷却气体进端、第一调节阀和第一鼓风机；以及设置在所述热退火炉管的反应后高温气体出端一侧并依次顺序连接的热交换器、第二鼓风机、第二调节阀和反应后气体出端。一种具有该冷却系统的热退火炉管进一步包括加热器和工艺腔室。所述热退火炉管进一步包括冷却介质传输装置。本发明所述热退火炉管与所述冷却系统通过所述冷却介质传输装置连接，并利用冷却系统提供的冷却气体对所述热退火炉管的加热器和工艺腔室进行冷却，同时对所述反应后的高温气体进行冷却，不仅提升所述热退火炉管降温速率，而且显著提升设备可利用时间。

Description

冷却系统及具该系统的热退火炉管和冷却方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，尤其涉及一种冷却系统及具有该系统的热退火炉管和冷却方法。
背景技术
请参阅图5，图5所示为传统的第一热退火炉管4的剖视结构示意图。所述第一热退火炉管4具有第一工艺腔室40，所述第一工艺腔室40用于半导体的热处理工艺；第一加热器41，所述第一加热器41设置在所示第一工艺腔室40外侧，所述第一加热器41采用热电偶加热方式；第一进气口42，所述第一进气口42用于工艺气体输入；以及第一出气口43，所述第一出气口43用于所述工艺气体反应后输出。
通常地，所述第一热退火炉管4在高温工艺后所采用的降温方式为：在产品主工艺结束之后，不论所述第一热退火炉管4温度高低，都采用自然降温方式，即依靠所述第一热退火炉管4自身的自然冷却达到工艺后产品降温所需要的温度。显然地，所述冷却方式对于所述第一热退火炉管，特别是在温度很高的工艺情况下，会由于冷却时间较长而影响整个工艺时间，从而对设备的利用率产生比较大的影响，设备的利用率较低。
故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了发明冷却系统及其具有该系统的热退火炉管和冷却方法。
发明内容
本发明是针对现有技术中，传统的热退火炉管冷却时间较长而影响整个工艺时间，从而对设备的利用率产生比较大的影响，设备的利用率较低等缺陷提供一种快速冷却系统。
本发明是针对现有技术中，传统的热退火炉管冷却时间较长而影响整个工艺时间，从而对设备的利用率产生比较大的影响，设备的利用率较低等缺陷提供一种具有该冷却系统的热退火炉管。
本发明是针对现有技术中，传统的热退火炉管冷却时间较长而影响整个工艺时间，从而对设备的利用率产生比较大的影响，设备的利用率较低等缺陷提供一种快速冷却方法。
为了解决上述问题，本发明提供一种冷却系统，所述冷却系统用于热退火炉管的冷却，所述冷却系统包括设置在所述热退火炉管的工艺气体入端一侧并依次顺序连接的冷却气体进端、第一调节阀和第一鼓风机；以及设置在所述热退火炉管的反应后高温气体出端一侧并依次顺序连接的热交换器、第二鼓风机、第二调节阀和反应后气体出端。
可选的，所述热交换器采用冷却水循环进行热交换。
可选的，所述热交换器上间隔设置冷却水入端和冷却水出端。
为实现本发明的又一目的，本发明提供一种具有该冷却系统的热退火炉管，所述热退火炉管进一步包括加热器和工艺腔室。
可选的，所述热退火炉管进一步包括将所述冷却系统中的冷却气体通过第一鼓风机输送至所述热退火炉管的内部并对所述加热器和工艺腔室进行冷却的冷却介质传输装置。
可选的，所述冷却介质传输装置包括设置在所述热退火炉管外侧的导热孔和导管。
可选的，所述热退火炉管进一步包括设置在所述导管上的气动阀。
可选的，所述导热孔间隔分布在所述热退火炉管之加热器的上端、中端，以及下端。
为实现本发明的第三目的，本发明提供一种快速冷却的方法，所述方法包括步骤：
步骤S1：在所述热退火炉管外侧间隔设置导热孔和导管；
步骤S2：将所述冷却系统中的冷却气体通过所述第一鼓风机经过冷却介质传输装置输送至所述热退火炉管内部，并对所述加热器和工艺腔室进行冷却降温；
步骤S3：采用冷却系统中的热交换器对反应后高温气体进行冷却降温。
综上所述，本发明所述热退火炉管与所述冷却系统通过所述冷却介质传输装置连接，并利用冷却系统提供的冷却气体对所述热退火炉管的加热器和工艺腔室进行冷却，同时对所述反应后的高温气体进行冷却，不仅提升所述热退火炉管降温速率，实现设备炉管从1050℃降温到400℃的时间由当前的7小时有效缩短到3.5小时左右，而且使整个工艺时间从12小时缩短到8.5小时左右，显著提升设备可利用时间约30％。
附图说明
图1所示为本发明冷却系统的框架结构示意图；
图2所示为具有所述冷却系统的热退火炉管的剖视结构示意图；
图3所示为具有冷却介质传输装置的的热退火炉管的剖视结构示意图；
图4所示为本发明具有冷却系统的热退火炉管降温实现的步骤流程图；
图5所示为传统的第一热退火炉管的剖视结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
请参阅图1、图2，图1所示为本发明冷却系统1的框架结构示意图。图2所示为具有所述冷却系统1的热退火炉管2的剖视结构示意图。所述冷却系统1包括设置在所述热退火炉管2的工艺气体入端一侧(未图示)并依次顺序连接的冷却气体进端10、第一调节阀11和第一鼓风机12；以及设置在所述热退火炉管2的反应后高温气体出端(未图示)一侧并依次顺序连接的热交换器13、第二鼓风机14、第二调节阀15和反应后气体出端16。其中，所述热交换器13采用冷却水循环进行热交换。所述热交换器13上间隔设置冷却水入端131和冷却水出端132。
请继续参阅图1、图2，并结合参阅图3。图3所示为具有冷却介质传输装置的3的热退火炉管2的剖视结构示意图。在本发明的实施过程中，为了将所述冷却系统1中的冷却气体通过第一鼓风机12输送至所述热退火炉管2的内部并对所述加热器21和工艺腔室22进行冷却，本发明优选的在所述冷却系统1与所述热退火炉管2之间设置冷却介质传输装置3。所述冷却介质传输装置3包括设置在所述热退火炉管2外侧的导热孔30和导管31。在所述导管31上设置气动阀32。优选的，所述导热孔30间隔分布在所述热退火炉管2之加热器21的上端、中端，以及下端。
请参阅4，图4所示为本发明具有冷却系统1的热退火炉管2降温实现的步骤流程图。当所述热退火炉管2实现热处理工艺后，所述热退火炉管2便具有一定的温度，例如所述热退火炉管2的温度可高达1050℃。为实现本发明热退火炉管2的快速降温，其步骤具体包括：
执行步骤S1：在本发明所述热退火炉管2外侧间隔设置导热孔30和导管31；
执行步骤S2：将所述冷却系统1中的冷却气体通过所述第一鼓风机12经过冷却介质传输装置3输送至所述热退火炉管2内部，并对所述加热器21和工艺腔室22进行冷却降温；
执行步骤S3：采用冷却系统1中的热交换器13对反应后高温气体进行冷却降温。
在本发明中，不凡列举以具有所述冷却系统1的热退火炉管2与传统第一热退火炉管4从1050℃冷却至400℃的时间进行对比，时间优化如表1。
表1本发明热退火炉管2与传统热退火炉管4降温时间对比
综上所述，本发明所述热退火炉管与所述冷却系统通过所述冷却介质传输装置连接，并利用冷却系统提供的冷却气体对所述热退火炉管的加热器和工艺腔室进行冷却，同时对所述反应后的高温气体进行冷却，不仅提升所述热退火炉管降温速率，实现设备炉管从1050℃降温到400℃的时间由当前的7小时有效缩短到3.5小时左右，而且使整个工艺时间从12小时缩短到8.5小时左右，显著提升设备可利用时间约30％。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (6)

1.一种具有冷却系统的热退火炉管，其特征在于，包括：冷却系统、加热器、工艺腔室以及冷却介质传输装置；
所述冷却系统包括设置在所述热退火炉管的工艺气体入端一侧并依次顺序连接的冷却气体进端、第一调节阀和第一鼓风机；以及设置在所述热退火炉管的反应后高温气体出端一侧并依次顺序连接的热交换器、第二鼓风机、第二调节阀和反应后气体出端;
所述冷却介质传输装置将所述冷却系统中的冷却气体通过第一鼓风机输送至所述热退火炉管的内部并对所述加热器和工艺腔室进行冷却；所述冷却介质传输装置包括设置在所述热退火炉管外侧的导热孔和导管。
2.如权利要求1所述的热退火炉管，其特征在于，所述热交换器采用冷却水循环进行热交换。
3.如权利要求2所述的热退火炉管，其特征在于，所述热交换器上间隔设置冷却水入端和冷却水出端。
4.如权利要求1所述的热退火炉管，其特征在于，所述热退火炉管进一步包括设置在所述导管上的气动阀。
5.如权利要求1所述的热退火炉管，其特征在于，所述导热孔间隔分布在所述热退火炉管之加热器的上端、中端，以及下端。
6.一种如权利要求1所述的热退火炉管的冷却方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
步骤S1：在所述热退火炉管外侧间隔设置导热孔和导管；
步骤S2：将所述冷却系统中的冷却气体通过所述第一鼓风机经过冷却介质传输装置输送至所述热退火炉管内部，并对所述加热器和工艺腔室进行冷却降温；
步骤S3：采用冷却系统中的热交换器对反应后高温气体进行冷却降温。
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