CN111023841A - 炉体冷却装置及半导体加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种炉体冷却装置及半导体加工设备，炉体冷却装置设置于炉体外部，且与炉体相连通；冷却装置包括抽气机构、冷却机构、风机以及气体回送机构；抽气机构，用于将炉体中的待处理气体抽出并输送至冷却机构；冷却机构，用于接收来自抽气机构的待处理气体并对其进行冷却处理，形成处理后的气体；气体回送机构，用于将处理后的气体传输回送至炉体中；风机，用于向抽气机构及气体回送机构提供动力。本发明提供的炉体冷却装置及半导体加工设备，能够提高半导体加工设备的稳定性，提高产品的工艺质量，而且还能够避免清洁空气的浪费，节约成本，并且还能够避免净化间的污染。

Description

炉体冷却装置及半导体加工设备

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体地，涉及一种炉体冷却装置及半导体加工设备。

背景技术

在制造半导体集成电路时，通常使用立式热处理装置对批量的晶圆进行化学气相沉积(CVD)、扩散、氧化和退火等热处理工艺，而立式热处理装置在热处理工艺结束后的冷却速度，是影响立式热处理装置生产效率的重要因素之一。

如图1所示，现有的立式热处理装置通过进气口11与净化间连接，当热处理工艺结束后，净化间内的清洁空气经过进气口11进入进气通道12中，再经由在竖直方向上分布的多个喷嘴13吹入至工艺容器14外部的空间15中，此时温度较低的清洁空气将会带走空间15中的热量，并经由排气口16和排气通道17排放到立式热处理装置外，实现立式热处理装置的快速降温。

但是，现有的立式热处理装置在快速降温的过程中，需要从净化间内吸入大量的清洁空气，使得净化间短时间内损失大量清洁空气，这就会造成净化间内的压力降低，导致其它设备的压力失衡，从而影响产品的工艺质量。而且，对净化间内大量的清洁空气的使用，还会造成浪费，增加净化间动力的系统的负担。并且，由于净化间与立式热处理内部连通，使得立式热处理内部产生的颗粒可能会飞散到净化间，对净化间造成污染。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种炉体冷却装置及半导体加工设备，其能够提高半导体加工设备的稳定性，提高产品的工艺质量，而且还能够避免清洁空气的浪费，节约成本，并且还能够避免净化间的污染。

为实现本发明的目的而提供一种炉体冷却装置，所述冷却装置设置于所述炉体外部，且与所述炉体相连通；

所述冷却装置包括抽气机构、冷却机构、风机以及气体回送机构；

所述抽气机构，用于将所述炉体中的待处理气体抽出并输送至所述冷却机构；

所述冷却机构，用于接收来自所述抽气机构的待处理气体并对其进行冷却处理，形成处理后的气体；

所述气体回送机构，用于将所述处理后的气体传输回送至所述炉体中；

所述风机，用于向所述抽气机构及所述气体回送机构提供动力。

优选的，所述抽气机构一端连接所述炉体的排气口；另一端连接所述冷却机构的进气口，用于将所述炉体中的热气抽至所述冷却机构中；

所述风机设置于所述冷却机构与所述气体回送机构之间；

所述气体回送机构一端连接所述风机的出风口，另一端连接开设在所述炉体侧壁上的一个或者多个炉体进气口。

优选的，所述气体回送机构包括多个送气支路；当所述炉体侧壁上开设有多个炉体进气口时，每个所述送气支路均连接一所述炉体进气口；所述炉体进气口与所述送气支路一一对应设置；

位于所述炉体侧壁上的多个所述炉体进气口沿所述炉体的轴向设置。

优选的，所述气体回送机构还包括设置在所述送气支路上的调节阀，所述调节阀用于调节所述送气支路流入至所述炉体的气流量。

优选的，所述气体回送机构还包括泄压管路以及设置在所述泄压管路上的泄压阀；所述泄压管路一端连接所述气体回送机构的排气口，另一端连接所述气体回送机构的进气口；所述泄压阀用于调节所述气体回送机构传输回送至所述炉体中的所述冷气的流量。

优选的，所述气体回送机构还包括旁通组件，所述旁通组件包括排气旁通部件和进气旁通部件，所述排气旁通部件用于排出所述抽气机构抽出的所述待处理气体，所述进气旁通部件用于向所述炉体中输送冷却气体。

优选的，所述排气旁通部件包括排气旁路和设置在所述排气旁路上的排气通断阀；所述排气通断阀用于控制所述排气旁路的通断；

所述进气旁通部件包括进气旁路和设置在所述进气旁路上的进气通断阀，所述进气通断阀用于控制所述进气旁路的通断；

所述排气旁路一端与所述抽气机构连接，用于将所述抽气机构抽出的所述待处理气体排出至所述炉体冷却装置外部；

所述进气旁路一端与所述炉体的进气口连接，另一端与位于所述炉体冷却装置外部的冷却气体源连接；所述进气旁路用于向所述炉体中输送所述冷却气体。

优选的，所述进气旁路通过所述气体回送机构与所述炉体的进气口连接，所述排气旁路通过所述气体回送机构与所述抽气机构连接；

所述气体回送机构中设置有回送通断阀，所述回送通断阀用于控制所述抽气机构与所述炉体的进气口的通断。

优选的，所述气体回送机构包括多个送气支路；当所述炉体侧壁上仅开设有一个炉体进气口时，每个所述送气支路均连接所述炉体进气口。

本发明还提供一种半导体加工设备，包括炉体以及如本发明提供的所述炉体冷却装置；所述炉体冷却装置与所述炉体相连通，用于对所述炉体内的待处理气体进行冷却处理。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的炉体冷却装置，设置于炉体外部，且与炉体相连通，借助风机向抽气机构及气体回送机构提供动力，将炉体中的待处理气体抽出并输送至冷却机构，并将冷却机构对待处理气体进行冷却处理后，形成的处理后的气体传输回送至炉体中，以对炉体内部进行降温，即，本发明提供的炉体冷却装置在对炉体进行冷却时，向炉体中传输回送的处理后的气体，是通过对从炉体中抽出的待处理气体进行冷却处理而形成的，因此，不需要使用净化间以及净化间中的清洁空气，从而能够避免由于净化间内的清洁空气被大量吸入，使得净化间内的压力降低，导致其它设备的压力失衡的情况发生，进而提高半导体加工设备的稳定性，提高产品的工艺质量。而且还能够避免清洁空气的浪费，从而节约成本。并且还能够避免净化间与炉体内部的连通，从而避免净化间的污染。

本发明提供的半导体加工设备，借助本发明提供的炉体冷却装置对炉体的内部进行降温时，不需要使用净化间以及净化间中的清洁空气，从而能够避免由于净化间内的清洁空气被大量吸入，使得净化间内的压力降低，导致其它设备的压力失衡的情况发生，进而提高半导体加工设备的稳定性，提高产品的工艺质量。而且还能够避免清洁空气的浪费，从而节约成本。并且还能够避免净化间与炉体内部的连通，从而避免净化间的污染。

附图说明

图1为现有的立式热处理装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的炉体冷却装置的结构示意图。

附图标记说明：

11-进气口；12-进气通道；13-喷嘴；14-工艺容器；15-空间；16-排气口；17-排气通道；21-立式炉；211-炉体；212-炉腔；213-间隙；221-排气管路；222-进气管路；23-冷却机构；24-风机；251-送气支路；252-调节阀；261-泄压管路；262-泄压阀；271-回送通断阀；272-排气旁路；273-进气旁路；274-排气通断阀；275-进气通断阀；28-连接管路；29-风门。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的炉体冷却装置及半导体加工设备进行详细描述。

如图2所示，本实施例提供一种炉体211冷却装置，冷却装置设置于炉体211外部，且与炉体211相连通；冷却装置包括抽气机构、冷却机构23、风机24以及气体回送机构；抽气机构，用于将炉体211中的待处理气体抽出并输送至冷却机构23；冷却机构23，用于接收来自抽气机构的待处理气体并对其进行冷却处理，形成处理后的气体；气体回送机构，用于将处理后的气体传输回送至炉体211中；风机24，用于向抽气机构及气体回送机构提供动力。

本实施例提供的炉体211冷却装置，借助风机24向抽气机构及气体回送机构提供动力，将炉体211中的待处理气体抽出并输送至冷却机构23，并将冷却机构23对待处理气体进行冷却处理后，形成的处理后的气体传输回送至炉体211中，以对炉体211内部进行降温，即，本发明提供的炉体211冷却装置在对炉体211进行冷却时，向炉体211中传输回送的处理后的气体，是通过对从炉体211中抽出的待处理气体进行冷却处理而形成的，因此，不需要使用净化间以及净化间中的清洁空气，从而能够避免由于净化间内的清洁空气被大量吸入，使得净化间内的压力降低，导致其它设备的压力失衡的情况发生，进而提高半导体加工设备的稳定性，提高产品的工艺质量。而且还能够避免清洁空气的浪费，从而节约成本。并且还能够避免净化间与炉体211内部的连通，从而避免净化间的污染。

在本实施例中，炉体211内部具有用于进行热处理工艺的炉腔212，炉体211上设置有进气口和出气口，炉腔212与炉体211之间具有间隙213，炉腔212的内部设置有用于承载一个或多个晶片的晶舟。在对炉体211的内部进行降温的过程中，抽气机构抽出炉腔212与炉体211之间的间隙213中的温度较高的气体(即待处理气体)，并输送至冷却机构23，温度较高的气体在经过冷却机构23后，受到冷却机构23的冷却处理，形成冷却降温后的气体(即处理后的气体)，冷却降温后的气体被气体回送机构传输回送至炉腔212与炉体211之间的间隙213中，以对炉体211的内部进行降温。但是，炉体211的内部的结构并不限于此。

在本实施例中，抽气机构一端连接炉体211的排气口；另一端连接冷却机构23的进气口，用于将炉体211中的热气抽至冷却机构23中；风机24设置于冷却机构23与气体回送机构之间；气体回送机构一端连接风机24的出风口，另一端连接开设在炉体211侧壁上的一个或者多个炉体211进气口。

具体的，在对炉体211内部进行降温的过程中，风机24向抽气机构提供动力，以对炉体211内部的待处理气体施加抽力，炉体211内部的待处理气体在受到来自风机24提供的抽力后，自炉体211与抽气机构的一端连接的排气口，排入到抽气机构中，再经过抽气机构后，自冷却机构23与抽气机构另一端连接的进气口进入到冷却机构23中，以使抽气机构能够将炉体211中的待处理气体抽出并输送至冷却机构23。由于风机24设置于冷却机构23与气体回送机构之间，因此，在风机24向抽气机构提供动力时，还会将经过冷却机构23冷却处理后形成的处理后的气体抽出，并使处理后的气体经过气体回送机构与风机24的出风口连接的一端，进入至气体回送机构中，并对气体回送机构中的处理后的气体施加推力，气体回送机构中的处理后的气体在受到来自风机24提供的推力后，处理后的气体在经过气体回送机构后，经炉体211与气体回送机构的另一端连接的一个或者多个开设在炉体211侧壁上的进气口进入到炉体211内部，以对炉体211内部进行降温。可见，在对炉体211内部进行降温的过程中，不需要使用净化间以及净化间中的清洁空气，因此，能够避免由于净化间内的清洁空气被大量吸入，使得净化间内的压力降低，导致其它设备的压力失衡的情况发生，进而提高半导体加工设备的稳定性，提高产品的工艺质量。而且还能够避免清洁空气的浪费，从而节约成本。并且还能够避免净化间与炉体211内部的连通，从而避免净化间的污染。

在本实施例中，风机24位于冷却机构23的下游，这样可以使待处理气体先经过冷却机构23的冷却处理形成处理后的气体，再进入风机24中，以避免风机24受到温度较高的待处理气体的高温，造成损坏。

在本实施例中，气体回送机构包括多个送气支路251；当炉体211侧壁上开设有多个炉体211进气口时，每个送气支路251均连接一炉体211进气口；炉体211进气口与送气支路251一一对应设置；位于炉体211侧壁上的多个炉体211进气口沿炉体211的轴向设置。这样可以使处理后的气体能够从炉体211轴向上的不同位置进入到炉体211内部，从而提高处理后的气体在炉体211内部分布的均匀性，以使炉体211内部轴向上的各处的温度均匀地下降，避免由于炉体211轴向上的温差较大，造成炉腔212212内由上至下放置的晶片的工艺结果产生差异，进而提高晶片工艺结果的均匀性，以提高产品的工艺质量。

在本实施例中，气体回送机构包括多个送气支路251；当炉体211侧壁上仅开设有一个炉体211进气口时，每个送气支路251均连接炉体211进气口。

在本实施例中，气体回送机构还包括进气管路222，进气管路222的一端与风机24的出风口连接，另一端与多个送气支路251连接，以使自风机24的出风口排出的处理后的气体能够通过进气管路222进入到多个送气支路251中。但是，处理后的气体进入到多个送气支路251中的形式并不限于此，也可以是将多个送气支路251直接与风机24的出风口连接。

在本实施例中，气体回送机构还包括设置在送气支路251上的调节阀252，调节阀252用于调节送气支路251流入至炉体211的气流量。这样可以根据炉体211内部轴向上各处的温度差异，对进入炉体211内部轴向上各处的处理后的气体的量进行调节，以使炉体211内部轴向上的各处的温度能够均匀地下降，从而进一步提高晶片工艺结果的均匀性，以进一步提高产品的工艺质量。

在实际应用中，以立式炉21为例，立式炉21竖直放置，在炉体211的轴向上，炉体211内部最上端区域和最下端区域的处理后的气体的量会比较少，中间区域的处理后的气体的量会比较多，因此，通常是炉体211最上端区域和最下端区域的温度下降速度较慢，中间区域的温度下降速度较快，因此，可以通过调节阀252将多个送气支路251中，位于最上端区域的送气支路251和位于最下端区域的送气支路251流入至炉体211的气流量调节至，大于位于中间区域的送气支路251流入至炉体211的气流量，以使进入炉体211最上端区域和最下端区域的冷气多于进入中间区域的冷气，从而使炉体211内部最上端区域、最下端区域和中间区域所含有的冷气趋于一致，进而使炉体211内部轴向上的各处的温度能够均匀地下降。

在本实施例中，抽气机构包括排气管路221、连接管路28和风门29，连接管路28的一端与炉体211的排气口连接，另一端与风门29连接，排气管路221的一端与风门29连接，另一端与冷却机构23连接，通过控制风门29的开关，以控制排气管路221与炉体211的排气口通断，当风门29打开时，炉体211内部的待处理气体经过连接管路28和风门29进入到排气管路221中，在经过排气管路221进入冷却机构23中，以使抽气机构能够将炉体211中的待处理气体抽出并输送至冷却机构23。

在本实施例中，气体回送机构还包括泄压管路261以及设置在泄压管路261上的泄压阀262；泄压管路261一端连接气体回送机构的排气口，另一端连接气体回送机构的进气口；泄压阀262用于调节气体回送机构传输回送至炉体211中的冷气的流量。当送气支路251流入至炉体211的气流量过多时，借助泄压管路261使自气体回送机构的排气口排出的处理后的气体，回流至气体回送机构的进气口，以避免送气支路251流入至炉体211的气流量过多，造成炉体211内部的压力过大。

具体的，泄压管路261的一端与气体回送机构的排气口连接，另一端与气体回送机构的进气口连接，当送气支路251流入至炉体211的气流量过多时，将泄压阀262打开，使自气体回送机构的排气口排出的处理后的气体能够通过泄压管路261，经气体回送机构的进气口流回至气体回送机构中，从而可以避免过多的冷气流入至热处理装置中，以避免送气支路251流入至炉体211的气流量过多，造成炉体211内部的压力过大。

在本实施例中，气体回送机构还包括旁通组件，旁通组件包括排气旁通部件和进气旁通部件，排气旁通部件用于排出抽气机构抽出的待处理气体，进气旁通部件用于向炉体211中输送冷却气体。

具体的，借助进气旁通部件可以单独向炉体211内部输送外部的冷却气体对炉体211内部进行降温，也可以与经气体回送机构传输回送至炉体211中的处理后的气体配合，提高炉体211冷却装置对炉体211内部的降温速度，从而提高炉体211冷却装置的降温效率及使用灵活性。当借助进气旁通部件单独向炉体211内部输送冷却气体对炉体211内部进行降温时，通过排气旁通部件可以将抽气机构抽出的待处理气体排出，避免未经处理的待处理气体经过气体回送机构传输回送至炉体211中。

在本实施例中，排气旁通部件包括排气旁路272和设置在排气旁路272上的排气通断阀274；排气通断阀274用于控制排气旁路272的通断；进气旁通部件包括进气旁路273和设置在进气旁路273上的进气通断阀275，进气通断阀275用于控制进气旁路273的通断；排气旁路272一端与抽气机构连接，用于将抽气机构抽出的待处理气体排出至炉体211冷却装置外部；进气旁路273一端与炉体211的进气口连接，另一端与位于炉体211冷却装置外部的冷却气体源连接；进气旁路273用于向炉体211中输送冷却气体。

具体的，当采用炉体211冷却装置单独对炉体211内部进行降温时，进气通断阀275和排气通断阀274关闭，此时，待处理气体以及处理后的气体在炉体211冷却装置中的流动形式如前文所述。当采用旁通组件单独对炉体211内部进行降温时，进气通断阀275和排气通断阀274打开，待处理气体在经过抽气机构后，从与抽气机构连接的排气旁路272排出，外部的冷却气体源提供的冷却气体经过进气旁路273后，经过炉体211与进气旁路273一端连接的进气口进入炉体211内部，以对炉体211内部进行降温。当采用旁通组件和炉体211冷却装置共同对炉体211内部进行降温时，进气通断阀275开启，排气通断阀274关闭，以使待处理气体能够被抽气机构输送至冷却机构23，冷却机构23产生的处理后的气体能够通过气体回送机构传输回送至炉体211内部，并使外部的冷却气体源提供的冷却气体能够通过进气旁路273进入炉体211内部，从而实现旁通组件和炉体211冷却装置共同对炉体211内部进行降温。

在本实施例中，进气旁路273通过气体回送机构与炉体211的进气口连接，排气旁路272通过气体回送机构与抽气机构连接；气体回送机构中设置有回送通断阀271，回送通断阀271用于控制抽气机构与炉体211的进气口的通断。

具体的，通过气体回送机构，使进气旁路273与炉体211的进气口连接，并使排气旁路272与抽气机构连接，可以便于进气旁路273与排气旁路272的设置。当采用炉体211冷却装置单独对炉体211内部进行降温，以及采用旁通组件和炉体211冷却装置共同对炉体211内部进行降温时，回送通断阀271处于打开状态，使抽气机构与炉体211的进气口的连通，以使经过抽气机构和冷却机构23的处理后的气体能够经过气体回送机构被传输回送至炉体211内部。当采用旁通组件单独对炉体211内部进行降温时，回送通断阀271处于关闭状态，使抽气机构与炉体211的进气口的断开，以使经过抽气机构和冷却机构23的气体能够直接通过排气旁路272排出，而不会经过炉体211的进气口进入到炉体211内部。

本实施例还提供一种半导体加工设备，包括炉体211以及如本实施例提供的炉体211冷却装置，炉体211冷却装置与炉体211相连通，用于对炉体211内的待处理气体进行冷却处理。

本实施例提供的半导体加工设备，借助如本实施例提供的炉体211冷却装置对炉体211的内部进行降温时，不需要使用净化间以及净化间中的清洁空气，从而能够避免由于净化间内的清洁空气被大量吸入，使得净化间内的压力降低，导致其它设备的压力失衡的情况发生，进而提高半导体加工设备的稳定性，提高产品的工艺质量。而且还能够避免清洁空气的浪费，从而节约成本。并且还能够避免净化间与炉体211内部的连通，从而避免净化间的污染。

综上所述，本实施例提供的炉体211冷却装置及半导体加工设备，能够提高半导体加工设备的稳定性，提高产品的工艺质量，而且还能够避免清洁空气的浪费，节约成本，并且还能够避免净化间的污染。

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。

Claims (10)

1.一种炉体冷却装置，其特征在于，所述冷却装置设置于所述炉体外部，且与所述炉体相连通；

所述冷却装置包括抽气机构、冷却机构、风机以及气体回送机构；

所述抽气机构，用于将所述炉体中的待处理气体抽出并输送至所述冷却机构；

所述冷却机构，用于接收来自所述抽气机构的待处理气体并对其进行冷却处理，形成处理后的气体；

所述气体回送机构，用于将所述处理后的气体传输回送至所述炉体中；

所述风机，用于向所述抽气机构及所述气体回送机构提供动力。

2.根据权利要求1所述的炉体冷却装置，其特征在于，所述抽气机构一端连接所述炉体的排气口；另一端连接所述冷却机构的进气口，用于将所述炉体中的热气抽至所述冷却机构中；

所述风机设置于所述冷却机构与所述气体回送机构之间；

所述气体回送机构一端连接所述风机的出风口，另一端连接开设在所述炉体侧壁上的一个或者多个炉体进气口。

3.根据权利要求2所述的炉体冷却装置，其特征在于，所述气体回送机构包括多个送气支路；当所述炉体侧壁上开设有多个炉体进气口时，每个所述送气支路均连接一所述炉体进气口；所述炉体进气口与所述送气支路一一对应设置；

位于所述炉体侧壁上的多个所述炉体进气口沿所述炉体的轴向设置。

4.根据权利要求3所述的炉体冷却装置，其特征在于，所述气体回送机构还包括设置在所述送气支路上的调节阀，所述调节阀用于调节所述送气支路流入至所述炉体的气流量。

5.根据权利要求2所述的炉体冷却装置，其特征在于，所述气体回送机构还包括泄压管路以及设置在所述泄压管路上的泄压阀；所述泄压管路一端连接所述气体回送机构的排气口，另一端连接所述气体回送机构的进气口；所述泄压阀用于调节所述气体回送机构传输回送至所述炉体中的所述冷气的流量。

6.根据权利要求2所述的炉体冷却装置，其特征在于，所述气体回送机构还包括旁通组件，所述旁通组件包括排气旁通部件和进气旁通部件，所述排气旁通部件用于排出所述抽气机构抽出的所述待处理气体，所述进气旁通部件用于向所述炉体中输送冷却气体。

7.根据权利要求6所述的炉体冷却装置，其特征在于，所述排气旁通部件包括排气旁路和设置在所述排气旁路上的排气通断阀；所述排气通断阀用于控制所述排气旁路的通断；

所述进气旁通部件包括进气旁路和设置在所述进气旁路上的进气通断阀，所述进气通断阀用于控制所述进气旁路的通断；

所述排气旁路一端与所述抽气机构连接，用于将所述抽气机构抽出的所述待处理气体排出至所述炉体冷却装置外部；

所述进气旁路一端与所述炉体的进气口连接，另一端与位于所述炉体冷却装置外部的冷却气体源连接；所述进气旁路用于向所述炉体中输送所述冷却气体。

8.根据权利要求7所述的炉体冷却装置，其特征在于，所述进气旁路通过所述气体回送机构与所述炉体的进气口连接，所述排气旁路通过所述气体回送机构与所述抽气机构连接；

所述气体回送机构中设置有回送通断阀，所述回送通断阀用于控制所述抽气机构与所述炉体的进气口的通断。

9.根据权利要求2所述的炉体冷却装置，其特征在于，所述气体回送机构包括多个送气支路；当所述炉体侧壁上仅开设有一个炉体进气口时，每个所述送气支路均连接所述炉体进气口。

10.一种半导体加工设备，其特征在于，包括炉体以及如权利要求1-9任意一项所述的炉体冷却装置；所述炉体冷却装置与所述炉体相连通，用于对所述炉体内的待处理气体进行冷却处理。

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