CN110527989A - 用于热处理设备的冷却装置及热处理设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于热处理设备的冷却装置及包括该冷却装置的热处理设备，冷却装置包括通过管道依次连接的风门、热交换器、风机和进气阀，风门用于连接至热处理设备的排气口，进气阀用于连接至热处理设备的进气口。冷却装置可以实现空气循环利用，不使用净化间内的空气，因此不会造成净化间内压力下降，避免影响本机台和其他机台的工艺，有效保证了产品质量，也不会造成净化间内空气浪费，降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及热处理设备领域，特别涉及一种用于热处理设备的冷却装置及包括该冷却装置的热处理设备。
背景技术
在制造半导体集成电路时，利用热处理设备对半导体晶圆实施化学气相沉积(CVD)、扩散、氧化、退火等处理。立式热处理装置可以批量处理晶圆，但是传统的立式热处理设备自然降温速率慢，不具备快速降温的能力，且工艺时间长。
快速升降温热处理装置能够在工艺结束时使热处理装置和处理容器及半导体晶圆快速均匀降温，其将冷却气流导入热处理装置和处理容器的空间，强迫其中的热气从排气系统排出，进行强制冷却，达到快速降温的目的，提高生产效率。
在现有的具有快速降温能力的快速降温炉体及系统中，为了实现炉体快速降温，需要从室内向炉体内导入大量的空气，然后经过炉体进行降温后，再排出室外。在设备快速降温过程中会造成室内的压力降低，可能引起室内其他设备的压力平衡失控，从而影响其他室内设备的工艺，造成产品质量下降。并且炉体的排气系统和净化间室内相连通，颗粒可能从管路入口处进入设备内部，造成污染。
图1a和图1b分别显示了专利US20120006506(发明名称：衬底处理装置和热处理设备，SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND HEATING EQUIPMENT)的衬底处理装置的轴向剖视图和A-A剖面的剖视图，其中净化间里的空气由供气管47进入热处理装置，经过管道40后，冷却空气流竖直向下进入冷却气体通道空间33，再由喷嘴35将冷却气流吹入热处理装置与处理容器之间的空间14，此时冷却气流带走此空间中的热量，经由排气孔48、排气管道50排出热处理装置，然后经过风门54以及热交换器58，再通过风机60把气体排到室外，实现快速降温。
该冷却方法的缺点在于需要从净化间导入大量的空气，通过设备后再排到室外，净化间内空气损失较多，可能造成净化间的压力降低，造成其他设备压力控制不良，从而影响产品的质量；此外，从净化间排出大量的清洁空气会造成浪费，增加净化间动力系统的负担；另外由于冷却管路和净化间连通，炉体内部产生的颗粒有可能飞散到净化间，有污染净化间的风险。
发明内容
本发明提出了一种用于热处理设备的冷却装置及包括该冷却装置的热处理设备，以克服现有冷却方法损失净化间空气、影响机台工艺的缺陷。
本发明一方面提供一种用于热处理设备的冷却装置，包括通过管道依次连接的风门、热交换器、风机和进气阀，所述风门用于连接至所述热处理设备的排气口，所述进气阀用于连接至所述热处理设备的进气口。
优选地，冷却装置还包括设于所述风机和所述进气阀之间的泄压管路，所述泄压管路中设有泄压阀。
优选地，冷却装置还包括用于控制所述风机的转速的变频器。
优选地，所述风门通过排气管道连接至所述热处理设备的排气口，所述进气阀通过进气管道连接至所述热处理设备的进气口。
本发明另一方面提供一种热处理设备，包括所述的冷却装置。
优选地，所述热处理设备还包括炉体，所述炉体内设有隔离墙，所述隔离墙将所述炉体内部分隔为纵向进气通道和加热腔，所述纵向进气通道通过所述进气口与所述进气阀连通，且通过设于所述隔离墙上的封孔与所述加热腔连通。
优选地，所述炉体的侧壁上设有与所述加热腔连通的测压孔。
优选地，所述热处理设备还包括压差传感器，所述测压孔通过引压管与所述压差传感器连接。
优选地，所述隔离墙设置为圆筒状，且环绕所述炉体内的处理容器设置，所述隔离墙与所述炉体的侧壁之间形成所述纵向进气通道；所述隔离墙与所述处理容器之间形成所述加热腔。
优选地，所述炉体顶部设有横向排气通道，所述横向排气通道与所述加热腔和所述排气口连通。
本发明的有益效果在于：
1、冷却装置可以实现空气循环利用，不使用净化间内的空气，因此不会造成净化间内压力下降，避免影响本机台和其他机台的工艺，有效保证了产品质量，也不会造成净化间内空气浪费，降低制造成本。
2、对利用该冷却装置的热处理设备可进行压力监测，实现过压保护，避免内外压差过大导致泄漏的过热气体对热处理设备周围的元器件造成热损坏。
本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1a和图1b分别显示根据现有技术的衬底处理装置的轴向剖视图和A-A剖面的剖视图；
图2显示根据本发明示例性实施例的用于热处理设备的冷却装置的安装示意图。
附图标记说明：
12-热处理设备，14-空间，16-吸管，18-反应管，20-衬底，22-晶舟，24-晶舟盖，26-引气管，28-排气管，30-加热部件，32-隔热部件，33-冷却气体通道空间，34-上板，35-喷嘴，36-隔热件，38-加热线，40-管道，44-下隔热片，46-上隔热片，47-供气管，48-排气孔，50-排气管道，51-冷气出口，52-冷气释放部，54-风门，56-散热管，58-热交换器，60-风机；
101-热处理设备，102-工艺腔室，103-加热腔，104-排气管道，105-风门，106-热交换器，107-进气管道，108-进气阀，109-泄压阀，110-风机，111-纵向进气通道，112-封孔，113-隔离墙，114-测压孔，115-密封法兰，116-引压管，117-压差传感器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明示例性实施例的用于热处理设备的冷却装置包括通过管道依次连接的风门、热交换器、风机和进气阀，风门用于连接至热处理设备的排气口，进气阀用于连接至热处理设备的进气口。
工作时，风门通过排气管道连接至热处理设备的排气口，进气阀通过进气管道连接至热处理设备的进气口，启动风机，通过风机的动力作用，把热处理设备内的热气体抽出，经过热交换器冷却后，再把冷却气体送入热处理设备内，对其内部的工艺腔室进行冷却。冷却气体可以是空气，也可以是氮气、以及氩气等惰性气体。
根据实施例的冷却装置可以实现空气循环利用，不使用净化间内的空气，因此不会造成净化间内压力下降，避免影响本机台和其他机台的工艺，有效保证了产品质量，也不会造成净化间内空气浪费，降低制造成本。
在一个示例中，冷却装置还包括设于风机和进气阀之间的泄压管路，泄压管路中设有泄压阀。当热处理设备内外压力差超过预定值时，打开泄压阀进行泄压，实现过压保护。当热处理设备内外压力差恢复到预定范围内时，关闭泄压阀。
在一个示例中，冷却装置还包括用于控制风机的转速的变频器，通过控制风机转速调节风力大小。
在一个示例中，风门通过排气管道连接至热处理设备的排气口，进气阀通过进气管道连接至热处理设备的进气口。
本发明实施例还提供给一种热处理设备，包括上述的冷却装置。
在一个示例中，热处理设备还包括炉体，炉体内设有隔离墙，隔离墙将炉体内部分隔为纵向进气通道和加热腔，纵向进气通道通过进气口与进气阀连通，且通过设于隔离墙上的封孔与加热腔连通。
工艺腔室设于炉体的加热腔内，处理容器、晶舟等均设于工艺腔室内，通过处理容器对晶舟上的晶圆进行各种处理。在热处理设备工作时，启动冷却装置，热处理设备产生的热气体经排气口进入冷却装置，冷却后经进气口返回热处理设备，并通过纵向进气通道、封孔进入加热腔内，对工艺腔室进行冷却。封孔的孔壁经过处理，可避免孔壁上的颗粒物随气流进入加热腔内。
在一个示例中，炉体的侧壁上设有与加热腔连通的测压孔，测压孔可通过引压管与压差传感器连接。炉体虽然进行了密封，但是仍可能存在气体泄漏。因此，炉体内的压力不能高于外界压力太多，否则泄漏的过热气体可能对热处理设备周围的元器件造成热损坏。为了避免这一问题，在炉体的侧壁上设有与加热腔连通的测压孔，测压孔可通过引压管与压差传感器连接，对炉体内部压力进行实时监测。测压孔可设于炉体的上部、中部或下部。引压管可通过密封法兰密封固定在炉体的侧壁上。优选地，引压管由不锈钢制成。压差传感器的安装环境需要满足其耐温要求。
在一个示例中，隔离墙设置为圆筒状，且环绕炉体内的处理容器设置，隔离墙与炉体的侧壁之间形成纵向进气通道；隔离墙与处理容器之间形成加热腔。
在一个示例中，炉体顶部设有横向排气通道，横向排气通道与加热腔和排气口连通，加热腔内的热气体通过横向排气通道、排气口排出。
在一个示例中，排气口和/或进气口设于炉体的顶部，以提高热交换效率。
实施例
图2显示根据本发明示例性实施例的用于热处理设备的冷却装置的安装示意图。如图2所示，用于热处理设备的冷却装置包括通过管道依次连接的风门105、热交换器106、风机110和进气阀108，风门105通过排气管道104连接至热处理设备的排气口，进气阀108通过进气管道107连接至热处理设备的进气口。其中，风机110和进气阀108之间设有泄压管路，泄压管路中设有泄压阀109。
热处理设备101包括炉体，炉体内设有隔离墙113，隔离墙113将炉体内部分隔为纵向进气通道111和加热腔103，纵向进气通道111通过进气口、进气管道107与进气阀108连通，且通过设于隔离墙113上的封孔112与加热腔103连通。加热腔103内设有工艺腔室102，工艺腔室102内设有处理容器、晶舟等，通过处理容器对晶舟上的晶圆进行各种处理。炉体顶部设有横向排气通道，横向排气通道与加热腔103和排气口连通。
炉体的侧壁上设有与加热腔103连通的测压孔114，测压孔114通过引压管116与压差传感器117连接。引压管116通过密封法兰115密封固定于侧壁上。
热处理设备101工作时，加热腔103内的热气体上升进入横向排气通道，并通过排气口、排气管道104进入冷却装置，经冷却装置冷却后，通过进气管道107、进气口进入纵向进气通道111，并通过封孔112进入加热腔103，对工艺腔室102进行冷却。
当压差传感器117监测到炉体内外压差超过预定值时，打开泄压阀109进行泄压，实现过压保护；当压差传感器117监测到热处理设备内外压差恢复到预定范围内时，关闭泄压阀109。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种用于热处理设备的冷却装置，其特征在于，包括通过管道依次连接的风门、热交换器、风机和进气阀，所述风门用于连接至所述热处理设备的排气口，所述进气阀用于连接至所述热处理设备的进气口。
2.根据权利要求1所述的用于热处理设备的冷却装置，其特征在于，还包括设于所述风机和所述进气阀之间的泄压管路，所述泄压管路中设有泄压阀。
3.根据权利要求1所述的用于热处理设备的冷却装置，其特征在于，还包括用于控制所述风机的转速的变频器。
4.根据权利要求1所述的用于热处理设备的冷却装置，其特征在于，所述风门通过排气管道连接至所述热处理设备的排气口，所述进气阀通过进气管道连接至所述热处理设备的进气口。
5.一种热处理设备，其特征在于，包括根据权利要求1-4中任一项所述的冷却装置。
6.根据权利要求5所述的热处理设备，其特征在于，还包括炉体，所述炉体内设有隔离墙，所述隔离墙将所述炉体内部分隔为纵向进气通道和加热腔，所述纵向进气通道通过所述进气口与所述进气阀连通，且通过设于所述隔离墙上的封孔与所述加热腔连通。
7.根据权利要求6所述的热处理设备，其特征在于，所述炉体的侧壁上设有与所述加热腔连通的测压孔。
8.根据权利要求7所述的热处理设备，其特征在于，还包括压差传感器，所述测压孔通过引压管与所述压差传感器连接。
9.根据权利要求6所述的热处理设备，其特征在于，所述隔离墙设置为圆筒状，且环绕所述炉体内的处理容器设置，所述隔离墙与所述炉体的侧壁之间形成所述纵向进气通道；所述隔离墙与所述处理容器之间形成所述加热腔。
10.根据权利要求9所述的热处理设备，其特征在于，所述炉体顶部设有横向排气通道，所述横向排气通道与所述加热腔和所述排气口连通。
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|---|---|---|---|---|
| CN111023841A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-17 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 炉体冷却装置及半导体加工设备 |
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