CN109037114A - 炉管设备及其清洗方法 - Google Patents

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Abstract

一种炉管设备及其清洗方法，所述炉管设备包括：加热腔室；石英管，所述石英管位于所述加热腔室内，且所述石英管内具有用于放置晶舟的晶舟腔室；一组或多组光电传感器，每组光电传感器包括相互匹配的发射传感器和接收传感器，在工作状态下，所述接收传感器适于透过所述石英管接收匹配的发射传感器的光线。本发明方案可以有效地降低清洗不足或过清洗的可能性。

Description

炉管设备及其清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种炉管设备及其清洗方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，炉管设备用于沉积材料层，为重要的半导体制造设备，然而在使用一段时间后，容易发生材料附着或残留在炉管设备内的问题，需要予以去除。
在现有技术中，通常采用腐蚀性气体对反应管(例如为石英管)进行干法清洗，以腐蚀去除附着的材料。
然而，对于干法清洗的清洗时长，均采用预先设定的方式，也即对于不同的炉管设备、不同的沉积材料，有可能采用同样的清洗时长，容易产生清洗不足的问题，影响工艺效果，还容易产生反应管过腐蚀的问题，降低反应管的使用寿命。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种炉管设备及其清洗方法，可以有效地降低清洗不足或过清洗的可能性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种炉管设备，包括：加热腔室；石英管，所述石英管位于所述加热腔室内，且所述石英管内具有用于放置晶舟的晶舟腔室；一组或多组光电传感器，每组光电传感器包括相互匹配的发射传感器和接收传感器，在工作状态下，所述接收传感器适于透过所述石英管接收匹配的发射传感器的光线。
可选的，所述炉管设备还包括：升降机构，所述一组或多组光电传感器设置于所述升降机构上，在工作状态下，所述升降机构带动所述一组或多组光电传感器上升至所述加热腔室内的预设位置；在非工作状态下，所述升降机构带动所述一组或多组光电传感器下降以离开所述加热腔室。
可选的，所述升降机构包括：升降式的连杆结构，包括至少一组连杆，每组连杆包括分别位于所述石英管相对两侧的第一连杆和第二连杆，对于每组光电传感器，所述发射传感器设置于所述第一连杆，所述接收传感器设置于第二连杆；驱动结构，与所述升降式的连杆结构耦接以驱动所述连杆结构上升或下降。
可选的，在所述石英管的横截面所处的平面上，多组光电传感器中的发射传感器以及接收传感器呈中心对称分布，对称中心为所述石英管的横截面的中心。
可选的，所述光电传感器设置于冷却组件内，所述冷却组件适于对所述光电传感器进行冷却。
可选的，所述冷却组件包括：密封的冷却腔室，所述光电传感器位于所述冷却腔室内；进液管以及出液管，用于输入以及输出冷却液体；线路通孔，用于导出所述光电传感器的线路；光线通孔，所述光电传感器发射或接收的光线通过所述光线通孔传输。
可选的，在工作状态下，所述冷却液体自所述进液管流入并自出液管流出；在非工作状态下，所述冷却液体停止流动。
可选的，所述炉管设备还包括：光电转换器，适于将所述接收传感器接收到的光线转换为电信号；控制器，适于在所述电信号的参数值超过预设阈值时产生指示信号，所述指示信号用于指示停止对所述炉管设备的清洗操作。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种炉管设备的清洗方法，包括：在工作模式下，控制所述一组或多组光电传感器进入所述加热腔室内且位于所述石英管外；对所述炉管设备进行清洗，并在清洗过程中，监测各组光电传感器中的接收传感器接收到的光线强度；当监测到光线强度超出预设强度阈值的光电传感器的组数达到预设组数时，停止对所述炉管设备进行清洗。
可选的，所述炉管设备的清洗方法还包括：在非工作模式下，将所述一组或多组光电传感器移动至离开所述加热腔室。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
在本发明实施例中，通过设置一组或多组光电传感器，每组光电传感器包括相互匹配的发射传感器和接收传感器，在工作状态下，所述接收传感器适于透过所述石英管接收匹配的发射传感器的光线，由于石英管内外附着的沉积材料会阻隔光线，采用本发明实施例的方案，可以在清洗过程中，通过监测每组光电传感器对于光线的接收情况，确定是否有足够的光线可以穿过石英管，由此可以确定残留附着物的数量，从而更准确地判断是否已经达到适当的清洗程度，有效地降低清洗不足或过清洗的可能性。
进一步，采用升降机构带动所述一组或多组光电传感器移动，有助于增强对发射传感器以及接收传感器的移动控制能力，从而提高光电传感器移动的可控性与便利性。
进一步，所述光电传感器设置于冷却组件内，由于在清洗过程中，可以采用冷却液体对所述光电传感器进行冷却，有助于降低光电传感器受到的清洗高温影响，延长光电传感器的使用寿命。
附图说明
图1是现有技术中一种炉管设备的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种炉管设备的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种炉管设备的剖面结构顶视图；
图4是本发明实施例中一种用于光电传感器的冷却组件的剖面结构示意图；
图5是本发明实施例中一种炉管设备的部分结构示意图；
图6是本发明实施例中一种炉管设备的清洗方法的流程图。
具体实施方式
在现有技术中，容易发生材料附着或残留在炉管设备内的问题，通常采用腐蚀性气体对炉管设备的反应管(例如为石英管)进行干法清洗，以腐蚀去除附着的材料。然而容易产生清洗不足的问题，影响工艺效果，还容易产生反应管过腐蚀的问题，降低反应管的使用寿命。
参照图1，图1是现有技术中一种炉管设备的结构示意图。
所述炉管设备可以包括：加热器100、石英管110以及用于放置晶圆的晶舟140。
其中，所述加热器100与石英管110之间具有加热腔室101，所述石英管110内具有用于放置晶舟140的晶舟腔室111，所述石英管110位于所述加热腔室101内。
由于炉管设备用于沉积材料层，在使用一段时间后，容易发生材料附着或残留在炉管设备内的问题。具体地，在石英管110内外附着的沉积材料120会影响炉管设备的沉积效果，需要予以去除。
本发明的发明人经过研究发现，在现有技术中，难以在清洗过程中确定清洗程度，导致对于干法清洗的清洗时长，均采用预先设定的方式，也即对于不同的炉管设备、不同的沉积材料，有可能采用同样的清洗时长，进而容易产生清洗不足或者导致反应管过腐蚀的问题。具体地，当清洗时长较短时，石英管110内外附着的沉积材料120可能仍然存在较多残留；当清洗时长较长时，腐蚀去除过多的沉积材料120，可能会导致石英管110过腐蚀。
在本发明实施例中，通过设置一组或多组光电传感器，每组光电传感器包括相互匹配的发射传感器和接收传感器，在工作状态下，所述接收传感器适于透过所述石英管接收匹配的发射传感器的光线，由于石英管内外附着的沉积材料会阻隔光线，采用本发明实施例的方案，可以在清洗过程中，通过监测每组光电传感器对于光线的接收情况，确定是否有足够的光线可以穿过石英管，由此可以确定残留附着物的数量，从而判断是否已经达到适当的清洗程度，有效地降低清洗不足或过清洗的可能性。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参照图2，图2是本发明实施例中一种炉管设备的结构示意图。其中，所述炉管设备可以包括：加热器200、石英管210以及用于放置晶圆的晶舟240。
其中，所述加热器200与石英管210之间具有加热腔室201，所述石英管210内具有用于放置晶舟240的晶舟腔室211，所述石英管210位于所述加热腔室201内。
具体地，在石英管210内外附着的沉积材料220会影响炉管设备的沉积效果，需要通过清洗予以去除。
所述炉管设备还可以包括：一组或多组光电传感器，每组光电传感器包括相互匹配的发射传感器231和接收传感器232，在工作状态下，所述接收传感器232适于透过所述石英管210接收匹配的发射传感器231的光线。
其中，所述光电传感器可以为实现光电转换的关键元件，例如可以包括光纤传感器。
在具体实施中，当对所述炉管设备进行清洗时，所述发射传感器231向所述接收传感器232发射光线，由于石英管210内外附着的沉积材料220会阻隔光线，如果沉积材料220未被清洗干净，也即仍然厚度较大，则接收传感器232接收到的光线强度较小；如果沉积材料220已被清洗干净，也即残留较小则接收传感器232接收到的光线强度较大。
在本发明实施例中，通过设置一组或多组光电传感器，每组光电传感器包括相互匹配的发射传感器231和接收传感器232，在工作状态下，所述接收传感器232适于透过所述石英管210接收匹配的发射传感器231的光线，由于石英管210内外附着的沉积材料220会阻隔光线，采用本发明实施例的方案，可以在清洗过程中，通过监测每组光电传感器对于光线的接收情况，确定是否有足够的光线可以穿过石英管210，由此可以确定残留附着物的数量，从而判断是否已经达到适当的清洗程度，有效地降低清洗不足或过清洗的可能性。
进一步地，所述的炉管设备还可以包括：升降机构235。
在具体实施中，所述一组或多组光电传感器设置于所述升降机构235上，在工作状态下，所述升降机构235带动所述一组或多组光电传感器上升至所述加热腔室201内的预设位置；在非工作状态下，所述升降机构235带动所述一组或多组光电传感器下降以离开所述加热腔室201。
需要指出的是，所述工作状态可以用于指示对所述炉管设备进行清洗的状态，所述非工作状态可以用于指示不对所述炉管设备进行清洗的状态，例如可以包括沉积状态、暂停状态(Idle)或停机状态(Stop)。
进一步地，可以设置所述升降机构235为一体升降，从而可以同步控制所述发射传感器231和接收传感器232移动，提高光电传感器移动的可控性；还可以设置所述升降机构235为分离的，例如分别设置发射传感器231的升降机构以及接收传感器232的升降机构，以提高光电传感器移动的灵活性。
在具体实施中，可以采用升降机构235带动所述一组或多组光电传感器移动，有助于增强对发射传感器231和接收传感器232的移动控制能力，从而提高光电传感器移动的可控性与便利性。
进一步地，所述升降机构235可以包括升降式的连杆结构以及驱动结构。
其中，所述升降式的连杆结构可以包括至少一组连杆，每组连杆包括分别位于所述石英管210相对两侧的第一连杆和第二连杆，对于每组光电传感器，所述发射传感器231可以设置于所述第一连杆，所述接收传感器232设置于可以第二连杆。
其中，所述驱动结构可以与所述升降式的连杆结构耦接以驱动所述连杆结构上升或下降。
具体地，当所述升降式的连杆结构为一体式时，可以采用单一的驱动结构驱动所述连杆结构上升或下降；当所述升降式的连杆结构为分离式时，可以采用多个驱动结构分别驱动所述连杆结构上升或下降。
需要指出的是，在本发明实施例中，对于所述升降机构235的具体实现方式不作限制。
参照图3，图3是本发明实施例中一种炉管设备的剖面结构顶视图。
在所述石英管210的横截面所处的平面上，多组光电传感器中的发射传感器231以及接收传感器232可以呈中心对称分布，对称中心为所述石英管的横截面的中心。
需要指出的是，在图3中示出的炉管设备中设置的光电传感器的组数以2组为例，然而在本发明实施例中，对于在所述石英管210的横截面所处的平面上，光电传感器的组数不作限制。
在本发明实施例中，通过设置多组光电传感器中的发射传感器231以及接收传感器232呈中心对称分布，有助于避免受到石英管210的管壁厚度的影响，更准确地确定接收传感器232接收到的光线强度。
进一步地，由于在工作状态下，也即清洗过程中，所述炉管内的温度较高(如250℃至450℃)，可以对所述光电传感器进行冷却保护，例如采用气体、固体、液体等物质对所述光电传感器进行冷却。
参照图4，图4是本发明实施例中一种用于光电传感器的冷却组件的剖面结构示意图。
具体地，光电传感器230可以设置于冷却组件内，所述冷却组件适于对所述光电传感器230进行冷却。其中，所述光电传感器230可以为发射传感器231或接收传感器232。
更具体地，所述冷却组件可以包括：冷却腔室261、进液管263以及出液管264。
其中，所述冷却腔室261可以为密封的，所述光电传感器位于所述冷却腔室261内；所述进液管263以及出液管264，用于输入以及输出冷却液体。
所述冷却组件还可以包括：线路通孔265以及光线通孔266。
其中，所述线路通孔265可以用于导出所述光电传感器的线路268；所述光电传感器发射或接收的光线通过所述光线通孔266传输。如图4中以发射传感器为例，则发射传感器发射的光线通过所述光线通孔266传输出去。
进一步地，所述线路通孔265的周围可以具有密封件，以保证冷却腔室261的密封性；所述光线通孔266处可以具有不对光线进行阻隔的透光结构，例如为玻璃件或石英件，以在保证冷却腔室261的密封性的同时实现透光性。
在工作状态下，所述冷却液体可以自所述进液管263流入并自出液管264流出；在非工作状态下，所述冷却液体可以停止流动。
需要指出的是，在具体实施中，所述进液管263以及所述出液管264均可以采用软管制备，有助于提高所述冷却组件的灵活性。
进一步地，所述冷却液体可以选自：水、酒精以及油类液体。其中，所述油类液体例如可以为甘油或乙二醇。
在本发明实施例中，所述光电传感器设置于冷却组件内，由于在清洗过程中，可以采用冷却液体对所述光电传感器进行冷却，有助于降低光电传感器受到的清洗高温影响，延长光电传感器的使用寿命。进一步地，采用根据冷却液体设置的冷却组件对所述光电传感器进行冷却，相比于冷却固体以及冷却气体，可以利用液体吸热比重较大的特点，提高冷却效果。
参照图5，图5是本发明实施例中一种炉管设备的部分结构示意图。所述炉管设备可以包括图2示出的各个部件以及发射传感器231以及接收传感器232，还可以包括光电转换器271以及控制器272。
其中，所述光电转换器271适于将所述接收传感器232接收到的光线转换为电信号；所述控制器272适于在所述电信号的参数值超过预设阈值时产生指示信号，所述指示信号用于指示停止对所述炉管设备的清洗操作。
其中，所述电信号可以为电流值或其他用于指示电信号的参数，当所述电信号为电流值时，所述预设阈值可以为预设的电流阈值。所述指示信号可以选自以下一项或多项：蜂鸣声、闪烁光、人工报警语音以及文字符号显示。
具体地，在所述电信号的参数值超过预设阈值时，可以判断为需要停止对所述炉管设备的清洗操作。
优选地，如果所述光电传感器为多组，则可以根据超过预设阈值的光电传感器的组数达到预设组数，判断为需要停止对所述炉管设备的清洗操作。
在本发明实施例中，可以根据多组光电传感器的电信号的参数值，综合判断是否需要停止对所述炉管设备的清洗操作，有助于避免极端数据的影响，提高判断的准确性。
进一步地，所述炉管设备还可以包括I/O模块以及操作面板。
具体地，可以在采用光电转换器271将所述接收传感器232接收到的光线转换为电信号之后，采用I/O模块将所述电信号转换为数字信号，然后将所述数字信号传输给控制器272，进而采用与所述控制器272耦接的操作面板显示所述炉管设备的清洗状态，从而提高本发明实施例的可实现性以及用户的便利性。
参照图6，图6是本发明实施例中一种炉管设备的清洗方法的流程图。所述炉管设备的清洗方法可以包括步骤S61至步骤S63：
步骤S61：在工作模式下，控制所述一组或多组光电传感器进入所述加热腔室内且位于所述石英管外；
步骤S62：对所述炉管设备进行清洗，并在清洗过程中，监测各组光电传感器中的接收传感器接收到的光线强度；
步骤S63：当监测到光线强度超出预设强度阈值的光电传感器的组数达到预设组数时，停止对所述炉管设备进行清洗。
在具体实施中，有关监测各组光电传感器中的接收传感器接收到的光线强度的步骤，可以采用光电转换器将所述接收传感器接收到的光线转换为电信号来实现。进而当监测到电信号的参数值超过预设阈值的光电传感器的组数达到预设组数时，停止对所述炉管设备进行清洗。
更进一步地，可以在工作状态下，采用所述升降机构带动所述一组或多组光电传感器上升至所述加热腔室内的预设位置。
进一步地，在非工作模式下，可以将所述一组或多组光电传感器移动至离开所述加热腔室。
更进一步地，可以在非工作状态下，采用所述升降机构带动所述一组或多组光电传感器下降以离开所述加热腔室。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种炉管设备，其特征在于，包括：
加热腔室；
石英管，所述石英管位于所述加热腔室内，且所述石英管内具有用于放置晶舟的晶舟腔室；
一组或多组光电传感器，每组光电传感器包括相互匹配的发射传感器和接收传感器，在工作状态下，所述接收传感器适于透过所述石英管接收匹配的发射传感器的光线。
2.根据权利要求1所述的炉管设备，其特征在于，还包括：升降机构，所述一组或多组光电传感器设置于所述升降机构上，在工作状态下，所述升降机构带动所述一组或多组光电传感器上升至所述加热腔室内的预设位置；
在非工作状态下，所述升降机构带动所述一组或多组光电传感器下降以离开所述加热腔室。
3.根据权利要求2所述的炉管设备，其特征在于，所述升降机构包括：
升降式的连杆结构，包括至少一组连杆，每组连杆包括分别位于所述石英管相对两侧的第一连杆和第二连杆，对于每组光电传感器，所述发射传感器设置于所述第一连杆，所述接收传感器设置于第二连杆；
驱动结构，与所述升降式的连杆结构耦接以驱动所述连杆结构上升或下降。
4.根据权利要求1所述的炉管设备，其特征在于，在所述石英管的横截面所处的平面上，多组光电传感器中的发射传感器以及接收传感器呈中心对称分布，对称中心为所述石英管的横截面的中心。
5.根据权利要求1所述的炉管设备，其特征在于，所述光电传感器设置于冷却组件内，所述冷却组件适于对所述光电传感器进行冷却。
6.根据权利要求5所述的炉管设备，其特征在于，所述冷却组件包括：
密封的冷却腔室，所述光电传感器位于所述冷却腔室内；
进液管以及出液管，用于输入以及输出冷却液体；
线路通孔，用于导出所述光电传感器的线路；
光线通孔，所述光电传感器发射或接收的光线通过所述光线通孔传输。
7.根据权利要求6所述的炉管设备，其特征在于，
在工作状态下，所述冷却液体自所述进液管流入并自出液管流出；
在非工作状态下，所述冷却液体停止流动。
8.根据权利要求1至7任一项所述的炉管设备，其特征在于，还包括：
光电转换器，适于将所述接收传感器接收到的光线转换为电信号；
控制器，适于在所述电信号的参数值超过预设阈值时产生指示信号，所述指示信号用于指示停止对所述炉管设备的清洗操作。
9.一种权利要求1至8任一项所述的炉管设备的清洗方法，其特征在于，包括：
在工作模式下，控制所述一组或多组光电传感器进入所述加热腔室内且位于所述石英管外；
对所述炉管设备进行清洗，并在清洗过程中，监测各组光电传感器中的接收传感器接收到的光线强度；
当监测到光线强度超出预设强度阈值的光电传感器的组数达到预设组数时，停止对所述炉管设备进行清洗。
10.根据权利要求9所述的炉管设备的清洗方法，其特征在于，还包括：
在非工作模式下，将所述一组或多组光电传感器移动至离开所述加热腔室。
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