CN110610878B - 冷却装置、半导体处理腔室及设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种冷却装置、半导体处理腔室及设备。该冷却装置设置于腔室的排气口与排气管的连接部，包括：冷却管路及回收管路；冷却管路内流动有冷却介质用于对连接部进行冷却，回收管路用于回收冷却介质。本申请实施例可以有效提高连接部的密封圈的密封效果及提高了安全性；还可以有效延长密封圈的使用寿命。本申请实施例结构简单安装方便，可以有效降低使用及维护成本。

Description

冷却装置、半导体处理腔室及设备

技术领域

本申请涉及半导体热处理技术领域，具体而言，本申请涉及一种冷却装置、半导体处理腔室及设备。

背景技术

目前，半导体热处理设备是集成电路制造的重要工艺设备，腔室作为半导体热处理设备的关键部件，直接影响工艺结果。特别是扩散炉等设备中，部分工艺中腔室内会通入气体氯化氢(HCl)和水蒸气，进而形成具有强腐蚀性的酸雾，如果腔室排气处发生泄漏，不仅影响半导体热处理设备的工艺性能，还将威胁到设备操作人员的人身安全。由于工艺温度较高，腔室及排气管一般采用要求为石英材质，待温度降低后再采用其他耐腐蚀管路。由于腔室及排气管均为石英材质无法直接密封，需通过全氟橡胶密封圈实现密封。此连接部温度不能过高会导致密封圈融化，造成工艺气体的泄漏，最终导致具有腐蚀性的工艺气体泄漏事故。

综上所述，排气管排出的工艺气体温度较高，此处密封圈融化风险较大，如果发生泄漏容易造成腐蚀性气体进入环境中，腐蚀设备的金属部件，甚至造成安全事故。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种冷却装置、半导体处理腔室及设备，用以解决现有技术存在由于密封圈的失效造成的安全事故的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种冷却装置，设置于腔室的排气口与排气管的连接部，包括：冷却管路组件及回收管路组件；

所述冷却管路组件内流动有冷却介质，用于对所述连接部进行冷却；所述回收管路组件用于回收所述冷却介质。

于本申请的一实施例中，所述冷却管路组件包括冷却管，所述回收管路组件包括有回收管，所述冷却管及所述回收管相互配合形成环状，套设于所述连接部的外周壁上，并且与所述连接部贴合设置。

于本申请的一实施例中，所述冷却管及所述回收管相互独立，所述冷却管的侧壁上开设有多个冷却孔，且多个所述冷却孔面向所述连接部内的密封圈设置，用于将冷却介质导引至所述密封圈外表面；所述回收管上开设有多个回收孔，且多个所述回收孔面向所述连接部内的密封圈设置，用于回收流经所述密封圈外表面的冷却介质。

于本申请的一实施例中，所述冷却管的两端分别为进口端及封闭端，当多个所述冷却孔的孔径相同时，多个所述冷却孔之间的间距由所述进口端至所述封闭端依次递减；或者，当多个所述冷却孔之间的间距均相同时，多个所述冷却孔的孔径由所述进口端至所述封闭端依次递增。

于本申请的一实施例中，所述冷却管路组件还包括冷却连接管，所述冷却连接管的两端分别与所述进口端及冷源连接。

于本申请的一实施例中，所述冷却连接管上还设置有调节阀，所述调节阀用于调节所述冷却介质的流量。

于本申请的一实施例中，所述回收管的两端分别为出口端及密封端，当多个所述回收孔的孔径相同时，多个所述回收孔之间的间距由所述出口端至所述密封端依次递减；或者，当多个所述回收孔之间的间距均相同时，多个所述回收孔的孔径由所述出口端至所述密封端依次递增。

于本申请的一实施例中，当所述冷却介质为气体时，所述回收管路组件还包括回收连接管，所述回收连接管的两端分别与所述出口端及所述排气管连接。

于本申请的一实施例中，所述回收连接管上还设置有三通接头，用于将回收连接管分为两个支路，且其中一支路与气体检测器相连接，所述气体检测器用于检测所述冷却介质中是否包含有工艺气体。

于本申请的一实施例中，所述冷却介质为气体。

第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体处理腔室，所述腔室包括如第一个方面提供的冷却装置。

第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体处理设备，包括如第二个方面提供的半导体处理腔室。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本申请实施例通过在腔室的排气口及排气管的连接部，设置有冷却管路及回收管路，冷却管路内的冷却介质可以对连接部进行冷却，从而可以实现对位于连接部的密封圈进行降温，避免密封圈由于高温熔化导致的密封失效，防止带有腐蚀性的高温工艺气体泄露，从而可以实现提高密封圈的密封效果及提高了安全性。进一步的还可以有效延长密封圈的使用寿命。另一方面，本申请实施例结构简单安装方便，可以有效降低使用及维护成本。

进一步的，由于在回收连接管上设置了气体检测器，可实现对连接部是否发生泄露进行实时监测，从而使得本申请实施例不仅可以对连接部进行冷却，而且还可以实现对危险的工艺气体实时监测，从而提高应用本申请实施例的腔室的安全性，避免了工艺气体对操作人员及腔室的其它部件造成伤害。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种冷却装置与腔室配合的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种冷却装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种冷却管的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种回收管的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种冷却装置与腔室配合的局部剖视示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

第一个方面，本申请实施例提供了一种冷却装置，设置于腔室4的排气口5与排气管6的连接部7，该冷却装置的结构示意图如图1所示，包括：冷却管路组件1及回收管路组件2；冷却管路组件1及回收管路组件2均设置于连接部7，冷却管路组件1内流动有冷却介质用于对连接部7进行冷却，回收管路组件2用于回收冷却介质。

如图1及图5所示，冷却管路组件1可以设置于腔室4的排气口5与排气管6的连接部7的下方，并且部分管路可以延伸出来以便于安装设置。回收管路组件2可以设置于连接部7的上方，其部分管路也可以延伸出来以便于安装设置，回收管路组件2可以用于回收冷却管路组件1的冷却介质。冷却管路组件1内可以流动有冷却介质，通过冷却介质可以与连接部7进行热量交换，从而可以实现对位于连接部7的密封圈8进行降温，以提高密封圈8的密封效果。

本申请实施例通过在腔室的排气口及排气管的连接部，设置有冷却管路及回收管路，冷却管路内的冷却介质可以对连接部进行冷却，从而可以实现对位于连接部的密封圈进行降温，避免密封圈由于高温熔化导致的密封失效，防止带有腐蚀性的高温工艺气体泄露，从而可以实现提高密封圈的密封效果。进一步的还可以有效延长密封圈的使用寿命。另一方面，本申请实施例结构简单安装方便，可以有效降低使用及维护成本。

需要说明的是，本申请实施例并不限定冷却管路组件1及回收管路组件2的具体位置，例如在一些其它实施例中，回收管路组件2可以设置于连接部7的下方，而冷却管路组件1位于上方，又或者冷却管路组件1及回收管路组件2可以位于连接部7的左右两侧，因此本申请实施例并不以为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，冷却管路组件1包括冷却管11，回收管路组件2包括有回收管21，冷却管11及回收管21相互配合形成环状，套设于连接部7的外侧，并且与连接部7贴合设置。

如图1及图2所示，冷却管11可以采用金属材质制成的中空管状结构。冷却管11的具体形状可以设置于圆弧状，以更好的与连接部7贴合设置。回收管21也可以采用金属材质制成的中空管状结构，回收管21具体形状也可以设置于圆弧状。冷却管11及回收管21相互配合以环绕的方式设置于连接部7的外侧，并且可以与位于连接部7的腔室4排气口5以及排气管6贴合设置。可选地，冷却管11及回收管21均可以采用不锈钢材质制成。采用上述设计，由于采用金属材质并与连接部7密封贴合，使得本申请实施例不仅可以降低应用成本，而且还可以以有效提高热传导的效率，进而大幅提高了本申请实施例的冷却效果。

需要说明的是，本申请实施例并不以此为限，例如冷却管11及回收管21也可以采用聚氯乙烯或树脂等具有一定抗腐蚀性的材料制成，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，冷却管11及回收管21相互独立，冷却管11的侧壁上开设有多个冷却孔111，且多个冷却孔111面向连接部7内的密封圈8设置，用于将冷却介质导引至密封圈8外表面；回收管21上开设有多个回收孔211，且多个回收孔211面向连接部7内的密封圈8设置，用于回收流经密封圈8外表面的冷却介质。

如图2至图5所示，冷却管11与回收管21两者相互独立设置，即两者并非连通设置。冷却管11的侧壁上可以设置有多个冷却孔111，并且冷却孔111可以面向连接部7的密封圈8设置，即冷却孔111正对密封圈8设置,冷却孔111可以将冷却管11内的冷却介质导此至密封圈8外表面。回收管21上也可设置有多个回收孔211，多个回收孔211也可以面向连接部7的密封圈8设置，回收孔可以将流经密封圈8外表面的冷却介质进行回收。在实际应用时，冷却介质可以由冷却孔111流出直接对密封圈8进行冷却，然后位于回收管21上的回收孔211可以对冷却介质进行回收。采用上述设计，由于冷却介质可以直接对密封圈8进行冷却，从而可进一步提高冷却效果，进而进一步的提高密封效果防止工艺气体的泄露。

需要说明的是，本申请实施例并不限定冷却孔111及回收孔211的形状及密度，例如可以是圆形孔或矩形孔，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，冷却管11的两端分别为进口端112及封闭端113，当多个冷却孔111的孔径相同时，多个冷却孔111之间的间距由进口端112至封闭端113依次递减；或者，当多个冷却孔111之间的间距均相同时，多个冷却孔111的孔径由进口端112至封闭端113依次递增。

如图3所示，冷却管11的两端可以分别是进口端112及封闭端113。冷却介质可以从进口端112进入冷却管11内再通过冷却孔111排出。多个冷却孔111之间的间距可以是由进口端112至封闭端113依次递减，即越靠近封闭端113的冷却孔111之间的间距越小。或者多个冷却孔111的孔径由进口端112至封闭端113依次递增，即越靠近增封闭端113的冷却孔111的孔径越大。采用上述设计，使得冷却管11的各个冷却孔111排出的冷却介质更加均匀，从而可以进一步提高本申请实施例的冷却效果。

需要说明的是，本申请实施例并不限定冷却孔111的具体实施方式，例如冷却孔111的间距变化及孔径变化可以配合使用，或者单独采用某一种方式，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，冷却管路组件1还包括冷却连接管12，冷却连接管12的两端分别与进口端112及冷源连接。如图2所示，冷却连接管12可以通过冷却过渡管13与冷却管11连接，冷却连接管12及冷却过渡管13可以设置如图2中所示的形状，两者均可以采用金属材质制成，例如采用与冷却管11相同的材质制成，当然两者也可以采用其它材料制成的其它形状，本申请在实施例对此并不进行限定。采用上述设计，可以使得本申请实施例可以应用于各种安装工况，避免与腔室4的其它元件发生干涉，从而可以大幅提高本申请实施例的适用范围。

于本申请的一实施例中，冷却连接管12上还设置有调节阀14，调节阀14用于调节冷却介质的流量。如图2所示，冷却连接管12还可以设置有调节阀14，调节阀14可以采用多种类型的调节阀，只要其可以实现对冷却介质的流速或流量进行调节即可，以使得本申请实施例可以根据腔室4内的温度对冷却效果进行动态调整，从而可以进一步提高本申请实施例的冷却效果。可选地，调节阀14可以是质量流量控制器。

于本申请的一实施例中，回收管21的两端分别为出口端212及密封端213，当多个回收孔211的孔径相同时，多个回收孔211之间的间距由出口端212至密封端213依次递减；或者，当多个回收孔211之间的间距均相同时，多个回收孔211的孔径由出口端212至密封端213依次递增。

如图4所示，回收管21的两端可以分别是出口端212及密封端213。冷却介质可以从回收孔211进入回收管21内再通过出口端212排出。多个回收孔211之间的间距可以是由出口端212至密封端213依次递减，即越靠近密封端213的回收孔211之间的间距越小。或者多个回收孔211的孔径由出口端212至密封端213依次递增，即越靠近增密封端213的回收孔211的孔径越大。采用上述设计，使得回收管21的各个回收孔211对冷却介质回收时更加均匀，从而可以进一步提高本申请实施例的对于冷却介质的回收效果。

需要说明的是，本申请实施例并不限定回收孔211的具体实施方式，例如回收孔211的间距变化及孔径变化可以配合使用，或者单独采用某一种方式，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，当冷却介质为气体回收管路组件2还包括回收连接管22，回收连接管22的两端分别与出口端212及排气管6连接。如图1及图2所示，回收连接管22可以通过回收过渡管23与回收管21连接，回收连接管22及回收过渡管23可以设置如图2中所示的形状，两者均可以采用金属材质制成，例如采用与回收管21相同的材质制成，当然两者也可以采用其它材料制成的其它形状，本申请在实施例对此并不进行限定。回收连接管的另一端可以直接与腔室的排气管6连接，将回收的冷却介质直接通过排气管6排出。采用上述设计，可以使得本申请实施例可以应用于各种安装工况，从而可以大幅提高本申请实施例的适用范围。

于本申请的一实施例中，回收连接管22上还设置有三通接头24，用于将回收连接管22分为两个支路，且其中一支路与气体检测器相连接，气体检测器用于检测冷却介质中是否包含有工艺气体。如图2所示，回收连接管22的端部还可以设置有三通接头24，其中一支路上可以设置有气体检测器(图中未示出)，气体检测器可以对回收的冷却介质进行采样检测，当检测到冷却介质中包含工艺气体时，可以实现声光电报警，以实现对连接部7是否发生工艺气体泄露实时监测。而回收连接管22的另一支路可以与厂务排气系统连接或者与回收装置连接，但是本申请实施例并不以此为限。采用上述设计，由于在回收连接管22上设置了气体检测器，可实现对连接部7是否发生泄露进行实时监测，从而使得本申请实施例不仅可以对连接部7进行冷却，而且还可以实现对危险的工艺气体实时监测，从而提高应用本申请实施例的腔室的安全性，避免工艺气体对操作人员及腔室的其它部件造成伤害。

需要说明的是，本申请实施例气体检测器的类型，由于工艺气体一般为酸性气体，因此只要气体检测器可以对应的检测即可，即气体检测器的类型可以根据工艺气体的类型进行设置，因此本申请实施例对此并不进行限定，本领域技术可以根据实际工况自行调整设置。

于本申请的一实施例中，冷却介质为气体。冷却介质可以采用氮气或者也可以采用其它惰性气体，当冷却介质采用气体时，还可以便于实现气体检测器对于连接部7的检测。需要说明的是，本申请实施例并不限定冷却介质的具体类型，例如冷却介质也可以采用液体，因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术可以根据实际工况自行调整设置。

基于同一发明构思，第二个方面，本申请实施例提供一种半导体处理腔室4，腔室4包括如第一个方面提供的冷却装置。如图1所示，冷却装置可以通过一金属支架3与腔室4共同设置机架上(图中未示出)，但是本申请实施例并不以此为限，冷却装置也可以直接设置于腔室4的连接部7。

基于同一发明构思，第二个方面，本申请实施例提供一种半导体处理设备，包括如第二个方面提供的半导体处理腔室。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本申请实施例通过在腔室的排气口及排气管的连接部，设置有冷却管路及回收管路，冷却管路内的冷却介质可以对连接部进行冷却，从而可以实现对位于连接部的密封圈进行降温，避免密封圈由于高温熔化导致的密封失效，防止带有腐蚀性的高温工艺气体泄露，从而可以实现提高密封圈的密封效果。进一步的还可以有效延长密封圈的使用寿命。另一方面，本申请实施例结构简单安装方便，可以有效降低使用及维护成本。

进一步的，由于在回收连接管上设置了气体检测器，可实现对连接部是否发生泄露进行实时监测，从而使得本申请实施例不仅可以对连接部进行冷却，而且还可以实现对危险的工艺气体实时监测，从而提高应用本申请实施例的腔室的安全性，避免了工艺气体对操作人员及腔室的其它部件造成伤害。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种冷却装置，其特征在于，所述冷却装置设置于半导体处理腔室的工艺管排气口与排气管的连接部，所述冷却装置包括：冷却管路组件及回收管路组件；

所述冷却管路组件内流动有冷却介质，用于对所述连接部进行冷却；所述回收管路组件用于回收所述冷却介质；

所述冷却管路组件包括冷却管，所述回收管路组件包括有回收管，所述冷却管及所述回收管相互配合形成环状，套设于所述连接部的外周壁上，并且与所述连接部贴合设置；

所述冷却管及所述回收管相互独立，所述冷却管的侧壁上开设有多个冷却孔，且多个所述冷却孔面向所述连接部内的密封圈设置，用于将冷却介质导引至所述密封圈外表面；所述回收管上开设有多个回收孔，且多个所述回收孔面向所述连接部内的密封圈设置，用于回收流经所述密封圈外表面的冷却介质。

2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却管的两端分别为进口端及封闭端，当多个所述冷却孔的孔径相同时，多个所述冷却孔之间的间距由所述进口端至所述封闭端依次递减；或者，当多个所述冷却孔之间的间距均相同时，多个所述冷却孔的孔径由所述进口端至所述封闭端依次递增。

3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却管路组件还包括冷却连接管，所述冷却连接管的两端分别与所述进口端及冷源连接。

4.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却连接管上还设置有调节阀，所述调节阀用于调节所述冷却介质的流量。

5.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述回收管的两端分别为出口端及密封端，当多个所述回收孔的孔径相同时，多个所述回收孔之间的间距由所述出口端至所述密封端依次递减；或者，当多个所述回收孔之间的间距均相同时，多个所述回收孔的孔径由所述出口端至所述密封端依次递增。

6.如权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，当所述冷却介质为气体时，所述回收管路组件还包括回收连接管，所述回收连接管的两端分别与所述出口端及所述排气管连接。

7.如权利要求6所述的冷却装置，其特征在于，所述回收连接管上还设置有三通接头，用于将回收连接管分为两个支路，且其中一支路与气体检测器相连接，所述气体检测器用于检测所述冷却介质中是否包含有工艺气体。

8.一种半导体处理腔室，其特征在于，所述腔室包括如权利要求1至7的任一所述的冷却装置。

9.一种半导体处理设备，其特征在于，包括如权利要求8所述的半导体处理腔室。

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