CN111276430B - 一种半导体设备中的温控装置及半导体设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体设备中的温控装置及半导体设备，所述温控装置用于控制反应基座的温度，所述温控装置包括：液体温度控制装置，用于承载温控液体并控制温控液体的温度，驱动温控液体在温控管路中流动；其中，温控管路包括进液管路、基座管路、出液管路；基座管路设置在反应基座中；进液管路，连通基座管路和液体温度控制装置，且进液管路上设有第一控制阀；出液管路，连通基座管路和液体温度控制装置，且出液管路上设有第二控制阀；分离缓存装置，连通出液管路，用于缓存温控液体。本发明的有益效果在于，同时保证了反应基座的温度稳定性和液体温度控制装置的换液易操作性。

Description

一种半导体设备中的温控装置及半导体设备

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，更具体地，涉及一种半导体设备中的温控装置及半导体设备。

背景技术

化学气相沉积工艺是将多种工艺气体在一定温度、一定压力下通过化学反应的方式镀膜或者刻蚀的一种工艺方式。参照图1，为当前集成电路低温制造工艺采用的基座控温系统。硅片2作为反应原料，在进行化学气相沉积低温工艺时利用反应基座3作为硅片2的承载结构，通过液体温度控制装置6将控温液体从进液管路4，经反应基座3和出液管路5回到液体温度控制装置6，利用液体传给反应基座3的热量，再传导给硅片2，使工艺气体在一定温度下发生反应，并在硅片2上沉积成薄膜或与硅片2表面物质反应，使该物质被去除，最终完成化学气相沉积工艺。因此反应基座3加热的稳定性和均匀性直接影响工艺结果的稳定性和均匀性。反应基座3控温的关键是保证液体温度控制装置6控制液体温度稳定和进液管路4、出液管路5的保温性，减少热量损失。

目前，为了使反应基座3温度控制更加精确，会将液体温度控制装置6放置在机台设备附近，考虑到机台占地面积，液体温度控制装置6一般使用尺寸较小、控温能力较强的设备，保证反应基座3和硅片2温度的稳定控制，最终达得到优质的工艺结果。这种液体温度控制装置6尺寸较小，一般都只有一个水箱，且不具备自动回液功能。液体温度控制装置6在使用一段时间后需要维护更换内部液体，保证加热稳定性。液体温度控制装置6与反应基座3一般通过进液管路4、出液管路5直接连接，或中间有对接插头，在维护时需要将反应基座3和液体温度控制装置6中的液体都清理干净后更换，在液体温度控制装置6中灌入新的液体。目前更换采用人工方式，先将液体温度控制装置6关闭，再将液体管路拆卸，基座中的液体在重力作用下流出，放置到回收装置中。

同时，工艺工作一段时间也会对反应基座3进行高温加热，去除附着在反应基座3上的颗粒等副产物，保证工艺的重复性，因加热温度高，需要将反应基座3内部的液体清理干净后才能进行加热实验，因此也需要经常有拆装放液的操作。

上述方案的缺点有：

1、由于增加人工操作，维护不安全，易造成液体飞溅，对净化间使用不利；

2、拆装进出水管路来排出基座后在对接，若密封不好，会出现漏液情况，影响工艺，也会对净化间造成污染。

因此该方案不利于在半导体厂人工操作使用，对操作人员和环境都会造成一定影响。

另一种方案是选用具有控制回液功能的液体温度控制装置6，参照图2，一般该设备会将水箱划分为两个部分，一个部分用于控温使用，另一个部分用于回液时存储使用，因此水箱尺寸会较大，机台附近无法放置，需要放到距离较远的设备区。

该方案的缺点在于由于水箱尺寸较大，该液体温度控制装置6一般放置在距离机台较远的位置，进液管路4、出液管路5较长，在液体循环过程中会有热量损失，不利于液体温度控制装置6快速响应控温，会对反应基座3温度稳定造成一定影响，不利于工艺重复性和稳定性。

因此，如何保证反应基座3的温度稳定性，同时使得液体温度控制装置6能够更好的进行换液工作是目前面临的主要问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种半导体设备中的温控装置及半导体设备，解决保证反应基座的温度稳定性和液体温度控制装置的换液易操作性不能兼顾的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种半导体设备中的温控装置，用于控制反应基座的温度，所述温控装置包括：

液体温度控制装置，用于承载温控液体并控制所述温控液体的温度，驱动所述温控液体在温控管路中流动；其中，

所述温控管路包括进液管路、基座管路、出液管路；

所述基座管路设置在所述反应基座中；

所述进液管路，连通所述基座管路和所述液体温度控制装置，且所述进液管路上设有第一控制阀；

所述出液管路，连通所述基座管路和所述液体温度控制装置，且所述出液管路上设有第二控制阀；

所述温控装置还包括：

分离缓存装置，连通所述出液管路，用于缓存所述温控液体。可选地，所述分离缓存装置包括：储液装置、排液管路；其中，所述排液管路连通所述储液装置和所述出液管路，所述排液管路上设有排液控制阀。

可选地，所述温控装置还包括：

第一吹扫管路，连通所述进液管路，用于向所述进液管路中通入吹扫气体，所述第一吹扫管路上设有第一进气控制阀；

第一真空管路，连通所述储液装置，用于释放所述储液装置内的压力。

可选地，所述温控装置还包括：

第二吹扫管路，连通所述液体温度控制装置，用于向所述液体温度控制装置中通入所述吹扫气体，所述第二吹扫管路上设有第二进气控制阀。

可选地，所述温控装置还包括：

换液管路，连通所述储液装置，用于排出所述储液装置中的所述温控液体，以及向所述储液装置中通入所述温控液体，所述换液管路上设有第三控制阀。

可选地，所述温控装置还包括：

第三吹扫管路，连通所述储液装置，用于向所述储液装置内通入所述吹扫气体，所述第三吹扫管路设有第一进气控制阀；

补液管路，连通所述储液装置和所述液体温度控制装置，所述补液管路上设有补液控制阀；

第二真空管路，连通所述液体温度控制装置，用于释放液体温度控制装置内的压力。可选地，所述补液管路位于所述储液装置内的一端延伸至所述储液装置的底部。

可选地，所述温控装置还包括液位检测传感器，设置于所述液体温度控制装置和/或所述储液装置内。

可选地，所述第一控制阀、第二控制阀、排液控制阀、第一进气控制阀、第二进气控制阀、第三进气控制阀、补液控制阀均为自动控制阀门。

所述温控装置还包括：控制器，用于控制所述自动控制阀门开启或关闭。

本发明还提供了一种半导体设备，包括反应腔室、设置在所述反应腔室中的反应基座和上述的温控装置。

本发明的有益效果在于：液体温度控制装置放置于机台附近，保证了温度控制的及时响应，保障了温度的稳定可靠；分离缓存装置可放置于远处设备区，不会占用机台端的使用空间，保证了机台端的维护空间。

进一步的，整个液体温度控制装置回液和补液流程采用自动控制，不用人员参与，提高了工作效率。

本发明的装置和方法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，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为一种典型的半导体设备中的温控装置的结构示意图。

图2为另一种典型的半导体设备中的传统温控装置的结构示意图。

图3为根据本发明一实施例的一种半导体设备中的温控装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-反应腔室；2-硅片；3-反应基座；4-进液管路；5-出液管路；6-液体温度控制装置；7-储液装置；71-进气口；72-补液口；73-进液口；74-出液口；V1-1-第一控制阀；V1-2第二控制阀；V1-3-第一进气控制阀；V1-4-排液控制阀；V1-5-第三进气控制阀；V1-6-第一真空控制阀；V1-7-第二真空控制阀；V1-8-补液控制阀；V1-9-第二进气控制阀；M1-1-第三控制阀。

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。

本发明一实施例提供了一种半导体设备中的温控装置，用于控制反应基座的温度。图3示出了根据本发明一实施例的一种半导体设备中的温控装置结构示意图，请参考图3，该温控装置包括：

液体温度控制装置6，用于承载温控液体并控制温控液体的温度，驱动温控液体在温控管路中流动；其中，上述温控管路包括进液管路4、基座管路(图中未示出)、出液管路5；基座管路设置在反应基座3中；

进液管路4，连通基座管路和液体温度控制装置6，且进液管路4上设有第一控制阀V1-1；

出液管路5，连通基座管路和液体温度控制装置6，且出液管路5上设有第二控制阀V1-2；

该温控装置还包括：分离缓存装置，连通出液管路5，用于缓存温控液体。

具体地，反应腔室1为密封的空间，反应基座3位于反应腔室1中，反应基座3上放置有硅片2，反应基座3中设有基座管路(图中未示出)，基座管路中的温控液体为反应基座供热，反应基座3为硅片2提供工艺所需的温度。温控液体位于反应腔室1外部的液体温度控制装置6中，温控液体在液体温度控制装置6中保持在设定的温度，液体温度控制装置6中设有泵送系统，用于将温控液体泵送至外部。在液体温度控制装置6与基座管路之间连通有进液管路4，进液管路4上设有第一控制阀V1-1，通过第一控制阀V1-1的开启与关闭控制温控液体从液体温度控制装置6通过进液管路4流向基座管路。液体温度控制装置6与基座管路之间还连接有出液管路5，出液管路5上设有第二控制阀V1-2，通过第二控制阀V1-2的开启与关闭，控制温控液体从基座管路通过出液管路5流向液体温度控制装置6。进液管路4、基座管路、出液管路5、液体温度控制装置6构成循环系统，使温控液体在温控管路(温控管路包括进液管路4、基座管路、出液管路5)中流动，使反应基座3保持恒温。液体温度控制装置6可以放在反应腔室1附近，使进液管路4和出液管路5的管路长度可以尽量缩短，以防止热量的损失，确保反应基座3加热的稳定性和均匀性，从而保证工艺重复性和稳定性。

继续参考图2，在本实施例中，分离缓存装置可以包括：储液装置7和排液管路，排液管路连通储液装置7和出液管路5，排液管路上设有排液控制阀V1-4，排液控制阀V1-4连接于第二控制阀V1-2与基座管路之间的出液管路5上。排液管路与储液装置7通过进液口73连通。当需要将基座管路中的温控液体排出至储液装置7时，关闭第二控制阀V1-2，打开排液控制阀V1-4，基座管路中的温控液体通过出液管路5和排液管路排出至储液装置7中。

在本实施例中还可以包括：第一吹扫管路，连通进液管路4，用于向进液管路4中通入吹扫气体，第一吹扫管路上设有第一进气控制阀V1-3，第一吹扫管路连通于第一控制阀V1-1和基座管路之间的进液管路4上。本实施例还可以包括第一真空管路，连通储液装置7，用于释放储液装置7内的压力。本实施例中，储液装置7为密封的装置。第一真空管路上设有第一真空控制阀V1-6，用于释放储液装置7中的压力，在另一个实施例中，第一真空管路的另一端为开放状态，则不需要第一真空控制阀V1-6，或者储液装置7为非封闭的装置，也不需要第一真空控制阀V1-6。在又一实施例中，第一真空管路的另一端密封地连接有泄压器件，其后端泄压器件(图中未示出)可以起到泄压作用，因此第一真空管路不需要第一真空控制阀V1-6。当需要将基座管路的温控液体排出至储液装置7中，打开第一进气控制阀V1-3，气体进入第一吹扫管路，气体通过进液管路4将基座管路的温控液体压入出液管路5中，进而将温控液体排入储液装置7中。当通过第一吹扫管路的气体将温控液体排入储液装置7时，可以使基座及管路内部残留的液体排出更彻底。

本实施例中还可以包括换液管路，连通储液装置7，用于排出储液装置7中的温控液体，以及向储液装置7中通入温控液体，换液管路上设有第三控制阀M1-1。第三控制阀M1-1可以为手阀，也可以是自动控制阀。本实施例中，补液口72同时具有向储液装置7中补充液体和将储液装置7中的液体排出的功能。在另一个实例中，储液装置7可以包括分别设置补液口和液体排放口。

本实施例中还可以包括第二吹扫管路，连通液体温度控制装置6，用于向液体温度控制装置6中通入吹扫气体，第二吹扫管路上设有第二进气控制阀V1-9。当需要将温度控制装置6中的液体排出至储液装置7时，打开第二进气控制阀V1-9，第一控制阀V1-1，排液控制阀V1-4，关闭其他阀门，压缩气体通过第二吹扫管路进入液体温度控制装置6，将温控液体压入进液管路4，之后温控液体通过基座管路进入出液管路5，最后排出至储液装置7中，当液体排空后，关闭第二进气控制阀V1-9、第一控制阀V1-1，排液控制阀V1-4。

本实施例中还可以包括第三吹扫管路，连通储液装置7，用于向储液装置7内通入吹扫气体，第三吹扫管路设有第三进气控制阀V1-5，第三吹扫管路与储液装置7通过进气口71连通；补液管路，连通储液装置7和液体温度控制装置6，补液管路上设有补液控制阀V1-8，补液管路与储液装置7通过出液口74连通；第二真空管路，连通液体温度控制装置6，用于释放液体温度控制装置6内的压力。

当需要将储液装置7中的液体补入液体温度控制装置6中时，打开第一进气控制阀V1-5、补液控制阀V1-8，关闭其他控制阀。打开第一进气控制阀V1-5后，第三吹扫管路中的气体进入储液装置7，将储液装置7中的液体压入补液管路。本实施例中，补液管路连通出液管路5，温控液体通过出液管路5进入温度控制装置6中。在另一个实例中，温度控制装置6可以单独设置补液口，补液管路直接连通于补液口。

本实施例中，第二真空管路设有第二真空控制阀V1-7，第二真空控制阀V1-7用于释放液体温度控制装置6内的压力。在另一个实施例中，第二真空管路的另一端为开放状态，则不需要第二真空控制阀V1-7，或者储液装置7为非封闭的装置，也不需要第二真空控制阀V1-7。在又一实施例中，第二真空管路的另一端密封地连接有泄压器件，其后端泄压器件(图中未示出)可以起到泄压作用，因此第二真空管路不需要第一真空控制阀V1-7。本实施例中，对液体温度控制装置6进行补液之前还包括，打开第二真空控制阀V1-7，向液体温度控制装置6补液结束后，还包括关闭第二真空控制阀V1-7。

本实施例中，补液管路伸入储液装置7中的一端延伸至储液装置7的底部，储液装置7的进液口设于储液装置7的顶部，进液口连接于排液管路，这种设置方式保证在对温度控制装置6补液时，液体不会回流至排液管路中，同时补液时能够充分利用储液装置7内的液体。

本实施例中，还包括液位检测传感器，设置于液体温度控制装置6和/或储液装置7内部，液位检测传感器用于检测液体的高度，液位检测传感器包括但不限于静压投入式液位变送器、浮球式液位传感器或浮筒式液位传感器。当温控液体达到设定高度时，液位检测传感器发出报警信号。补液结束后关闭第一进气控制阀V1-5、补液控制阀V1-8。

应当理解，连通液体温度控制装置6的第二真空管路和第二吹扫管路分别为排气管路和进气管路，气体的流向虽然不同，但在不同的需求模式下，只有一条管路工作，因此排气管路和进气管路也可以为同一条管路，当管路需要完成进气功能时，在管路的另一边连接气源，如连接于空气压缩机的出气口。当管路需要完成排气功能时，管路的另一端无需连接任何设备，保证管路通畅即可。在另一个实例中，同理，第一真空管路和第三吹扫管路也可以为同一条管路。当将第三吹扫管路作为第一真空管路时，需要在第一控制阀V1-1与基板管路之间的进液管路4上增加一个控制阀，并将增加的控制阀关闭，将第一控制阀V1-1打开即可。

本实施例中，第一控制阀V1-1、第二控制阀V1-2、第三进气控制阀V1-5、第二进气控制阀V1-9、第一进气控制阀V1-3、第二真空控制阀V1-7、第一真空控制阀V1-6、补液控制阀V1-8、排液控制阀V1-4均为自动控制阀。上述的温控装置还可以包括控制器，控制器用于控制各自动控制阀的开启与关闭，液体温度控制装置6的排液和补液流程，反应基座3的排液流程可以采用自动控制，不用人员参与，提高了工作效率。

储液装置7与反应腔室1的距离并不影响反应基座3内的液体温度，因此，储液装置7可以放置在距离机台较远的位置，不会占用机台的维护空间。在一个实施例中，储液装置7连接多条补液管路和排液管路，每条补液管路和排液管路连通于相对应的液体温度控制装置6和出液管路5，储液装置7的体积可以大些，以便可以同时存放多个液体温度控制装置6、反应基座3中的液体，方便对设备的集中检修维护。

当需要对反应基座3进行加热时，打开第一阀门V1-1和第二阀门V1-2，关闭其他阀门，液体通过进液管路4、基座管路和出液管路5，循环于反应基座3和液体温度控制装置6之间，实现对硅片2的加热。

当需要将基座管路中的温控液体排出至分离缓冲装置7时，打开第一进气控制阀V1-3、排液控制阀V1-4，第一真空控制阀V1-6，关闭其他阀门，第一吹扫管路的另一端连通有气体，打开第一进气控制阀V1-3后，气体进入进液管路4，由于第一吹扫管路连通于第一控制阀V1-1与反应基座3之间，当第一控制阀V1-1关闭时，气体通过进液管路4流向基座管路，将基座管路中的温控液体压入出液管路5中。排液管路连通于第二控制阀V1-2和基座管路之间，因此，从基座管路压入出液管路5中的温控液体无法进入液体温度控制装置6，则通过排液管路排出至储液装置7中，当液体排空后，关闭第一进气控制阀V1-3、排液控制阀V1-4、第一真空控制阀V1-6。

当需要将温度控制装置6中的液体排出至储液装置7时，打开第二进气控制阀V1-9，第一控制阀V1-1、排液控制阀V1-4，第二真空控制阀V1-7，关闭其他阀门。第二进气控制阀V1-9打开后，气体从第二吹扫管路进入液体温度控制装置6，将温控液体压入进液管路4，之后温控液体通过基座管路进入出液管路5，最后排出至储液装置7中，当液体排空后，关闭第二进气控制阀V1-9、第一控制阀V1-1、排液控制阀V1-4、第二真空控制阀V1-7。

本发明一实施例还提供了一种半导体设备，包括反应腔室、设置在反应腔室中的反应基座和上述的温控装置，如化学气相沉积设备。

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)

1.一种半导体设备中的温控装置，用于控制反应基座(3)的温度，其特征在于，所述温控装置包括：

液体温度控制装置(6)，用于承载温控液体并控制所述温控液体的温度，驱动所述温控液体在温控管路中流动；其中，

所述温控管路包括进液管路(4)、基座管路、出液管路(5)；

所述基座管路设置在所述反应基座(3)中；

所述进液管路(4)，连通所述基座管路和所述液体温度控制装置(6)，且所述进液管路(4)上设有第一控制阀(V1-1)；

所述出液管路(5)，连通所述基座管路和所述液体温度控制装置(6)，且所述出液管路(5)上设有第二控制阀(V1-2)；

所述温控装置还包括：

分离缓存装置，连通所述出液管路(5)，用于缓存所述温控液体。

2.根据权利要求1所述的半导体设备中的温控装置，其特征在于，所述分离缓存装置包括：储液装置(7)、排液管路；其中，

所述排液管路连通所述储液装置(7)和所述出液管路(5)，所述排液管路上设有排液控制阀(V1-4)。

3.根据权利要求2所述的半导体设备中的温控装置，其特征在于，还包括：

第一吹扫管路，连通所述进液管路(4)，用于向所述进液管路(4)中通入吹扫气体，所述第一吹扫管路上设有第一进气控制阀(V1-3)；

第一真空管路，连通所述储液装置(7)，用于释放所述储液装置(7)内的压力。

4.根据权利要求3所述的半导体设备中的温控装置，其特征在于，还包括：

第二吹扫管路，连通所述液体温度控制装置(6)，用于向所述液体温度控制装置(6)中通入所述吹扫气体，所述第二吹扫管路上设有第二进气控制阀(V1-9)。

5.根据权利要求4所述的半导体设备中的温控装置，其特征在于，还包括：

换液管路，连通所述储液装置(7)，用于排出所述储液装置(7)中的所述温控液体，以及向所述储液装置(7)中通入所述温控液体，所述换液管路上设有第三控制阀(M1-1)。

6.根据权利要求5所述的半导体设备中的温控装置，其特征在于，还包括：

第三吹扫管路，连通所述储液装置(7)，用于向所述储液装置(7)内通入吹扫气体，所述第三吹扫管路设有第三进气控制阀(V1-5)；

补液管路，连通所述储液装置(7)和所述液体温度控制装置(6)，所述补液管路上设有补液控制阀(V1-8)；

第二真空管路，连通所述液体温度控制装置(6)，用于释放液体温度控制装置(6)内的压力。

7.根据权利要求6所述的半导体设备中的温控装置，其特征在于，所述补液管路位于所述储液装置(7)内的一端延伸至所述储液装置(7)的底部。

8.根据权利要求6所述的半导体设备中的温控装置，其特征在于，还包括液位检测传感器，设置于所述液体温度控制装置(6)和/或所述储液装置(7)内。

9.根据权利要求6所述的半导体设备中的温控装置，其特征在于，所述第一控制阀(V1-1)、第二控制阀(V1-2)、排液控制阀(V1-4)、第一进气控制阀(V1-3)、第二进气控制阀(V1-9)、第三进气控制阀(V1-5)、补液控制阀(V1-8)均为自动控制阀门；

所述温控装置还包括：控制器，用于控制所述自动控制阀门开启或关闭。

10.一种半导体设备，其特征在于，包括反应腔室、设置在所述反应腔室中的反应基座(3)和根据权利要求1-9中任一项所述的温控装置。

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