CN108842143A - 外延炉冷却系统及冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种外延炉冷却系统及冷却方法，所述外延炉冷却系统包括：冷却腔体、温度检测器以及冷却腔体控制器，其中所述冷却腔体用于冷却放置于其内的晶圆，温度检测器用于检测放置于所述冷却腔体内晶圆的温度，并将所述晶圆的实际温度传输至所述冷却腔体控制器，所述冷却腔体控制器具有一预设温度，并实时接收所述实际温度，并将所述实际温度与设定温度进行比较，如果所述实际温度大于所述设定温度，则控制所述冷却腔体继续冷却，如果所述实际温度等于或小于所述设定温度，则控制所述冷却腔体结束冷却，由此可以有效控制所述晶圆的冷却温度而及时结束晶圆的冷却，并通过温度控制提高冷却腔体的产出效率。

Description

外延炉冷却系统及冷却方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种外延炉冷却系统及冷却方法。
背景技术
外延工艺是生产集成电路的关键工序之一，采用外延设备完成外延工艺之后，需要采用冷却腔体对硅片进行降温，以节省冷却的时间，并便于进行后续工艺。
目前，外延炉的冷却腔体是通过一个计时器，按固定的时间来控制硅片从冷却台传送进出时间，并无法侦测硅片的冷却速率以及硅片实际的温度，不能满足外延产品的质量需求及设备产出效率的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外延炉冷却系统及冷却方法，能够有效控制晶圆的冷却温度，提高生产效率。
本发明的技术方案是一种外延炉冷却系统，包括：冷却腔体、温度检测器以及冷却腔体控制器，其中，
所述冷却腔体用于冷却放置于其内的晶圆；
所述温度检测器用于检测放置于所述冷却腔体内晶圆的温度，并将所述晶圆的实际温度传输至所述冷却腔体控制器；
所述冷却腔体控制器具有一预设温度，并实时接收所述实际温度，并将所述实际温度与所述预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体继续冷却；如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体结束冷却。
进一步的，在所述外延炉冷却系统中，还包括开门机构，如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，所述冷却腔体控制器将结束信息传输至所述开门机构，所述开门机构用于向所述冷却腔体发出开门指令，所述冷却腔体的门打开，结束所述晶圆的冷却。
进一步的，在所述外延炉冷却系统中，所述冷却腔体包含一上盖板，所述温度检测器设置于所述冷却腔体的上盖板上。
进一步的，在所述外延炉冷却系统中，所述冷却腔体的上盖板上设置有可视窗口，所述温度检测装置通过所述可视窗口检测所述晶圆的温度。
进一步的，在所述外延炉冷却系统中，所述温度检测器为红外温度测试仪。
进一步的，在所述外延炉冷却系统中，所述可视窗口的材质包含石英，所述可视窗口的形状呈圆形、长方形或正方形。
进一步的，在所述外延炉冷却系统中，所述冷却腔体包含一冷却台，所述温度检测器设置于所述冷却腔体的冷却台上。
进一步的，在所述外延炉冷却系统中，在所述冷却台上设置有孔洞，所述温度检测器位于所述孔洞内。
进一步的，在所述外延炉冷却系统中，所述温度检测器为温度传感器。
进一步的，在所述外延炉冷却系统中，所述温度传感器靠近所述晶圆的一面的材质包含石英或玻璃碳。
相应的，本发明还提供一种冷却方法，采用如上所述的外延炉冷却系统来冷却晶圆，所述方法包括：
所述冷却腔体控制器接收一预设温度；
在所述冷却腔体内放置晶圆；
所述温度检测器检测所述晶圆的温度，并将所述晶圆的实际温度传输至所述冷却腔体控制器；
所述冷却腔体控制器将所述实际温度与所述预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体继续冷却；如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体结束冷却。
进一步的，在所述冷却方法中，所述实际温度等于或小于所述预设温度时，所述方法还包括：
所述冷却腔体控制器将结束信息传输至开门机构，所述开门机构向所述冷却腔体发出开门指令，所述冷却腔体的门打开，结束所述晶圆的冷却。
与现有技术相比，本发明提供的外延炉冷却系统及冷却方法具有以下有益效果：
通过设置温度检测器检测放置于所述冷却腔体内晶圆的温度，并将所述晶圆的实际温度传输至所述冷却腔体控制器，所述冷却腔体控制器将所述实际温度与预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体继续冷却，如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体结束冷却，由此可以有效控制所述晶圆的冷却温度而及时结束晶圆的冷却，并通过温度控制提高冷却腔体的产出效率。
附图说明
图1为一外延炉冷却系统的结构框图。
图2为本发明一实施例所提供的外延炉冷却系统的结构框图。
图3为本发明一实施例所提供的冷却腔体与温度检测器的位置关系示意图。
图4为本发明另一实施例所提供的冷却腔体与温度检测器的位置关系示意图。
图5为本发明一实施例所提供的冷却方法的流程图。
具体实施方式
图1为一外延炉冷却系统的结构框图，请参考图1所示，所述冷却系统包括：冷却腔体1、计时器2、冷却腔体控制器3以及开门机构4。其中，待冷却的晶圆5放置于所述冷却腔体1内的冷却台上，然后所述冷却腔体1的门关闭，对所述晶圆5进行冷却，所述计时器2用于计算所述晶圆5的冷却时间，到固定时间之后，所述计时器2会发生信号到所述冷却腔体控制器3，所述冷却腔体控制器3接着发送信号到所述开门机构4，所述开门机构4向所述冷却腔体1发出开门指令，所述冷却腔体1的门打开，结束所述晶圆5的冷却。
由于所述计时器2只能按照固定的时间来控制所述晶圆5的冷却，并无法侦测所述晶圆5的冷却速率以及所述晶圆5实际的温度，不同的晶圆(例如形成不同外延层的晶圆、形成不同半导体器件的晶圆)的冷却速度并不相同，如果按照固定的时间来操作，某些晶圆并不能充分冷却，或者某些晶圆已经冷却完毕，但仍需要在所述冷却腔体1内放置直到固定时间，因此不能满足外延产品的质量需求以及设备产出效率的要求。
针对上述问题，本发明提供一种外延炉冷却系统，包括：冷却腔体、温度检测器以及冷却腔体控制器，其中，所述冷却腔体用于冷却放置于其内的晶圆；所述温度检测器用于检测放置于所述冷却腔体内晶圆的温度，并将所述晶圆的实际温度传输至所述冷却腔体控制器；所述冷却腔体控制器具有一预设温度，并实时接收所述实际温度，并将所述实际温度与预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体继续冷却；如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体结束冷却。
本发明还提供一种冷却方法，包括：所述冷却腔体控制器接收一预设温度；在所述冷却腔体内放置晶圆；所述温度检测器检测所述晶圆的温度，并将所述温度传输至所述冷却腔体控制器；所述冷却腔体控制器将所述实际温度与所述预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体继续冷却；如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体结束冷却。
本发明提供的外延炉冷却系统以及冷却方法，通过设置温度检测器检测放置于所述冷却腔体内晶圆的温度，并将所述晶圆的实际温度传输至所述冷却腔体控制器，所述冷却腔体控制器将所述实际温度与预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体继续冷却，如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体结束冷却，由此可以有效控制所述晶圆的冷却温度而及时结束晶圆的冷却，并通过温度控制提高机台的产出效率。
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。
图2为本发明一实施例所提供的外延炉冷却系统的框图，如图2所示，本发明提出一种外延炉冷却系统，包括：冷却腔体10、温度检测器20以及冷却腔体控制器30，其中，所述冷却腔体10用于冷却放置于其内的晶圆50，所述温度检测器20用于检测放置于所述冷却腔体10内晶圆50的温度，并将所述晶圆50的实际温度传输至所述冷却腔体控制器30，所述冷却腔体控制器30具有一预设温度，并实时接收所述实际温度，并将所述实际温度与所述预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体10继续冷却；如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体10结束冷却。
所述冷却系统还包括开门机构40，当所述实际温度等于或小于所述预设温度时，所述冷却腔体控制器30将结束信息传输至所述开门机构40，所述开门机构40用于向所述冷却腔体10发出开门指令，所述冷却腔体10的门打开，结束所述晶圆50的冷却。
在本实施例中，所述预设温度为所述晶圆50需要冷却到的温度，即所述晶圆50经过所述冷却腔体10的冷却之后需要达到的温度，一般为室温。所述温度检测器20不断检测所述冷却腔体10内的所述晶圆50的温度，并将检测到的所述晶圆50的实际温度传输至所述冷却腔体控制器30，所述冷却腔体控制器30将所述实际温度与所述预设温度进行比较，当所述晶圆50的温度大于所述预设温度时，不做任何动作，所述冷却腔体10还会继续冷却所述晶圆50，当所述晶圆50的温度小于或等于所述预设温度时，优选的，所述晶圆50的温度等于所述预设温度时，所述冷却腔体控制器30会将结束信息(即结束冷却的信息)传输至所述开门机构40，最终结束冷却。
通过所述温度检测器20对所述晶圆50的温度进行实时检测，当所述晶圆50的时间温度等于或小于所述预设温度时，会及时的结束冷却，从而可以节约冷却时间，提高冷却腔体的工作效率，并且还可以有效的控制所述晶圆50传出所述冷却腔体10的温度，即控制所述晶圆50冷却后的温度，从而在温度方面满足外延产品的质量需求。
图3为本发明一实施例所提供的冷却腔体与温度检测器的位置关系示意图，请参考图3所示，所述冷却腔体10包含一上盖板，所述温度检测器20设置于所述冷却腔体10的上盖板上。在所述冷却腔体10的上盖板上设置可视窗口，所述温度检测器20通过所述可视窗口检测所述晶圆的温度。优选的，所述温度检测器20为红外温度测试仪，所述红外温度测试仪发出的红外光(如图3中箭头所示)通过所述可视窗口检测所述晶圆50的温度。
所述可视窗口为透明材料，本实施例中，所述可视窗口的材质包含但不限于石英。可以在所述冷却腔体10的上盖板上设置孔洞，然后在所述孔洞内填充透明材料，使得所述透明材料与上盖板的其余材料之间密封。所述可视窗口可以位于所述上盖板的中间，当然，所述可视窗口也可以位于所述上盖板的其余位置，可以理解的是，所述可视窗口也可以位于所述冷却腔体10的侧壁上，可以根据实际需求进行选择。
所述可视窗口可以为各种形状，例如，可以为圆形、长方形、正方形，或本领域技术人员已知的其他形状。本实施例中，优选的，所述可视窗口呈圆形，位于所述上盖板的中间位置。
图4为本发明另一实施例所提供的冷却腔体与温度检测器的位置关系示意图，如图4所示，所述冷却腔体10包含一冷却台120，所述温度检测器20设置于所述冷却腔体10的冷却台120上，所述冷却台120用于放置待冷却的晶圆50。在所述冷却台120上设置有孔洞，所述温度检测器20位于所述孔洞内，如此所述晶圆50放置于所述冷却台120上时，所述温度检测器20能够直接接触所述晶圆50并检测温度。所述温度检测器20优选为温度传感器，所述温度传感器靠近所述晶圆50的一面的材质包含石英或玻璃碳，即材质比较硬，以防止放置或取走晶圆时对所述温度传感器造成划伤，并且所述温度传感器还需要能耐高温，以防止刚放置到所述冷却腔体10中的晶圆50的温度过高，造成所述温度传感器的损坏。
优选的，所述温度检测器20位于所述冷却台120的中间位置。在其他实施例中，所述温度检测器20也可以位于所述冷却台120的其余位置，或者也可以在所述冷却台120上设置多个温度检测器20，以同时检测所述晶圆50不同位置处的温度，并同时传输至所述冷却腔体控制器30，所述冷却腔体控制器30可以计算不同位置温度的平均值，将该平均值与预设温度进行比较。
本发明提供的冷却系统通过设置温度检测器20检测放置于所述冷却腔体10内晶圆50的温度，并将所述晶圆50的实际温度传输至所述冷却腔体控制器30，所述冷却腔体控制器30将所述实际温度与预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体10继续冷却，如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体10结束冷却，由此可以有效控制所述晶圆50的冷却温度并及时结束冷却，并通过温度控制提高冷却腔体10的产出效率。
相应的，本发明还提供一种冷却方法，采用如上所述的外延炉冷却系统对晶圆进行冷却，请参考图5，并结合图2所示，所述冷却方法包括：
所述冷却腔体控制器30接收一预设温度；
在所述冷却腔体10内放置晶圆50；
所述温度检测器检测20所述晶圆50的温度，并将所述晶圆50的实际温度传输至所述冷却腔体控制器30；
所述冷却腔体控制器30将所述实际温度与所述预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体10继续冷却；如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体10结束冷却。
需要说明的是，在步骤2中，将晶圆50放置于所述冷却腔体10之后，所述冷却腔体10开始对所述晶圆50进行冷却，而在步骤4中，有一个判断过程，如果所述实际温度大于所述预设温度，则继续冷却，在图5中，需要返回冷却的步骤，但是在步骤2中是放置晶圆的动作，这个动作并不需要重复，因此，在图5中，将步骤2与步骤3之间增加一个对所述晶圆进行冷却的步骤，在步骤4中需要返回时是返回到该冷却的步骤。在图5中增加该步骤是为了更好的说明冷却的方法。
所述冷却腔体控制器30将所述实际温度与预设温度进行比较，当所述实际温度等于或小于所述预设温度时，所述方法还包括：
所述冷却腔体控制器30将结束信息传输至所述开门机构40；
所述开门机构40向所述冷却腔体10发出开门指令，所述冷却腔体10的门打开，结束所述晶圆的冷却。
综上所述，本发明提供的外延炉冷却系统及冷却方法，通过设置温度检测器检测放置于所述冷却腔体内晶圆的温度，并将所述晶圆的实际温度传输至所述冷却腔体控制器，所述冷却腔体控制器将所述实际温度与预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体继续冷却，如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体结束冷却，由此可以有效控制所述晶圆的冷却温度而及时结束晶圆的冷却，并通过温度控制提高冷却腔体的产出效率。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种外延炉冷却系统，其特征在于，包括：冷却腔体、温度检测器以及冷却腔体控制器，其中，
所述冷却腔体用于冷却放置于其内的晶圆；
所述温度检测器用于检测放置于所述冷却腔体内晶圆的温度，并将所述晶圆的实际温度传输至所述冷却腔体控制器；
所述冷却腔体控制器具有一预设温度，并实时接收所述实际温度，并将所述实际温度与所述预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体继续冷却；如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体结束冷却。
2.如权利要求1所述的外延炉冷却系统，其特征在于，还包括开门机构，如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，所述冷却腔体控制器将结束信息传输至所述开门机构，所述开门机构用于向所述冷却腔体发出开门指令，所述冷却腔体的门打开，结束所述晶圆的冷却。
3.如权利要求1所述的外延炉冷却系统，其特征在于，所述冷却腔体包含一上盖板，所述温度检测器设置于所述上盖板上。
4.如权利要求3所述的外延炉冷却系统，其特征在于，所述上盖板上设置有可视窗口，所述温度检测装置通过所述可视窗口检测所述晶圆的温度。
5.如权利要求4所述的外延炉冷却系统，其特征在于，所述温度检测器为红外温度测试仪。
6.如权利要求4所述的外延炉冷却系统，其特征在于，所述可视窗口的材质包含石英，所述可视窗口的形状呈圆形、长方形或正方形。
7.如权利要求1所述的外延炉冷却系统，其特征在于，所述冷却腔体包含一冷却台，所述温度检测器设置于所述冷却台上。
8.如权利要求7所述的外延炉冷却系统，其特征在于，在所述冷却台上设置有孔洞，所述温度检测器位于所述孔洞内。
9.如权利要求8所述的外延炉冷却系统，其特征在于，所述温度检测器为温度传感器。
10.如权利要求9所述的外延炉冷却系统，其特征在于，所述温度传感器靠近所述晶圆的一面的材质包含石英或玻璃碳。
11.一种使用如权利要求1～10中任一项所述的外延炉冷却系统冷却晶圆的方法，其特征在于，包括：
所述冷却腔体控制器接收一预设温度；
在所述冷却腔体内放置晶圆；
所述温度检测器检测所述晶圆的温度，并将所述晶圆的实际温度传输至所述冷却腔体控制器；
所述冷却腔体控制器将所述实际温度与所述预设温度进行比较，如果所述实际温度大于所述预设温度，则控制所述冷却腔体继续冷却；如果所述实际温度等于或小于所述预设温度，则控制所述冷却腔体结束冷却。
12.如权利要求11所述的冷却方法，其特征在于，所述实际温度等于或小于所述预设温度时，所述方法还包括：
所述冷却腔体控制器将结束信息传输至开门机构，所述开门机构向所述冷却腔体发出开门指令，所述冷却腔体的门打开，结束所述晶圆的冷却。
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