CN111725100B - 预热装置及预热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种预热装置及预热方法，预热装置包括预热腔、加热部和红外测温部，所述预热腔用于容纳所述被加热件，所述预热腔的顶部设有测温窗；所述红外测温部设置于所述预热腔之外，所述红外测温部与所述预热腔活动连接；在对所述被加热件预热前或进行预热时，所述红外测温部位于第一位置，所述红外测温部通过所述测温窗测量位于所述预热腔内的所述被加热件的温度；在所述被加热件的温度满足目标温度的情况下，所述红外测温部位于第二位置，所述红外测温部避让所述测温窗。上述技术方案提供的预热装置可以解决目前晶圆在预热过程中预热精度较低，且一旦目标温度发生变化，预热操作过程较为繁琐的问题。

Description

预热装置及预热方法
技术领域
本发明涉及半导体加工设备技术领域，尤其涉及一种预热装置及预热方法。
背景技术
在半导体的加工过程中，为了缩短晶圆在反应腔内的加热时间，通常在晶圆被送入反应腔之前先对晶圆进行预热，从而提升晶圆的整体工艺效率，提高产能。
在预热腔中，通常采用加热管通过辐射红外线对晶圆等被加热件进行辐射，通常情况下，托盘通过设置在加热管上方的热偶进行支撑，且热偶还可以对预热腔内的温度进行测量。由于热偶接收的辐射较晶圆等被加热件更多，因而在被加热件初始放入预热腔内的一段时间内，被加热件与热偶存在温差，也就是说，即便在热偶测得的预热腔内的温度满足目标温度时，被加热件的温度也可能尚未达到目标温度，因此，目前通常采用保温加热的方式对被加热件进行加热。即，通过使预热腔内的温度保持于目标温度，且在预热腔内的温度满足目标温度之后，再使被加热件在预热腔内加热预设时长的方式，保证被加热件的温度能够满足目标温度。
但是，采用上述预热方式对晶圆等被加热件进行预热时，即便严格控制保温温度和保温加热时长，完成预热时的被加热件的温度也可能与目标温度存在差异，精度较差；并且，一旦目标温度发生变化时，需要对保温温度和保温加热时间等参数进行更换，操作过程繁琐。
发明内容
本发明公开一种预热装置及预热方法，以解决目前晶圆等被加热件在预热过程中预热精度较低，且一旦目标温度发生变化，预热操作过程较为繁琐的问题。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供一种预热装置，其包括：
预热腔，所述预热腔用于容纳所述被加热件，所述预热腔的顶部设有测温窗；
加热部；
红外测温部，所述红外测温部设置于所述预热腔之外，所述红外测温部与所述预热腔活动连接；
在对所述被加热件预热前或进行预热时，所述红外测温部位于第一位置，所述红外测温部通过所述测温窗测量位于所述预热腔内的所述被加热件的温度；
在所述被加热件的温度满足目标温度的情况下，所述红外测温部位于第二位置，所述红外测温部避让所述测温窗。
第二方面，本发明提供一种预热方法，应用于上述预热装置，预热方法包括：
在对所述被加热件预热前或进行预热时，移动所述红外测温部至第一位置；
在对所述被加热件进行预热且所述被加热件的温度满足目标温度的情况下，移动所述红外测温部至第二位置。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本发明提供的预热装置中，被加热件可以被放入预热腔内进行预热，在被加热件需要被预热的情况下，加热部工作，可以为容纳于预热腔内的被加热件提供预热作用，在加热部加热一段时间之后，被加热件的温度上升，预热腔之外设有红外测温部，以尽量降低红外测温部受到的热辐射，提升红外测温部的使用寿命。红外测温部与预热腔活动连接，在对被加热件预热前或进行预热时，红外测温部位于第一位置，其能够通过预热腔上的测温窗测量位于预热腔内的被加热件的温度，从而能够获取被加热件的实时温度，降低被加热件的预热难度，提升被加热件的预热效果；同时，在被加热件的温度满足目标温度的情况下，通过使红外测温部位于第二位置，使得红外测温部能够避让测温窗，进一步降低红外测温部受到加热部产生的热辐射，从而进一步提升红外测温部的使用寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例公开的预热装置的部分结构示意图；
图2为本发明实施例公开的预热装置的部分结构示意图；
图3为本发明实施例公开的预热方法的流程图。
附图标记说明：
110-预热腔、120-测温窗、
200-加热部、
300-测温部、
410-托盘、420-支撑部、
510-驱动部、520-支架、530-到位检测部、540-支座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
如图1和图2所示，本发明实施例公开一种预热装置，预热装置能够预热被加热件，其包括预热腔110、加热部200和红外测温部300，预热腔110为预热装置的外部结构，其可以作为加热部200和红外测温部300等部件的安装基础。
其中，预热腔110可以采用耐高温且保温性能较好的材料制成，预热腔110的形状和尺寸可以根据实际需求确定，例如，预热腔110可以为立方体结构等。预热腔110上可以设置有取放口，在对被加热件进行预热的过程中，预热腔110可以为被加热件提供容纳作用，取放口可以开设在预热腔110的侧壁或顶壁上，以借助机械手等设备通过取放口将被加热件放置在预热腔110内，或者，将位于预热腔110内的被加热件通过取放口取出，使被加热件进行下一工序，本文不对取放口的尺寸和形状进行任何限定，本领域技术人员可以根据实际需求，确定取放口的规格。
加热部200可以由金属等在通电条件下产生热量的材料制成，可选地，加热部200为短波辐射石英灯管，这种加热部200可以通过辐射一定波长的红外线对被加热件进行辐射式加热，这种加热方式的加热均匀程度较高，且加热效率也相对较高。可选地，加热部200设置在预热腔110内，一方面可以减少热量损失，另一方面，预热腔110还可以为加热部200提供一定的防护作用，且可以防止加热部200烫伤工作人员。进一步地，加热部200可以固定安装在预热腔110的底部，以尽量降低因设置加热部200而导致预热腔110内的空间被占用过多，提升预热腔110内的空间利用率。
红外测温部300为借助红外线采集温度的设备，红外测温部300可以安装在预热腔110之外，且红外测温部300与预热腔110活动连接。具体地，红外测温部300可以借助滑轨等部件活动安装在预热腔110之外，以尽量降低红外测温部300受到的热辐射，提升红外测温部300的使用寿命。
并且，预热腔110设有测温窗120，以使红外测温部300能够通过测温窗120测量位于预热腔110内的被加热件的温度。具体地，测温窗120可以为方形或圆形的贯穿孔，通过使红外测温部300与贯穿孔相对，可以保证红外测温部300所测得的位于预热腔110内的被加热件的温度具有较高的准确性。
在对被加热件预热前或进行预热时，红外测温部300位于第一位置，其能够通过预热腔110上的测温窗120测量位于预热腔110内的被加热件的温度，从而能够获取被加热件的实时温度，降低被加热件的预热难度，提升被加热件的预热效果；同时，在被加热件的温度满足目标温度的情况下，通过使红外测温部300位于第二位置，使得红外测温部300能够避让测温窗，进一步降低红外测温部300受到加热部200产生的热辐射，从而进一步提升红外测温部300的使用寿命。
可选地，红外测温部300测得的温度信息可以通过数字图像或声音等表现途径传出，使工作人员获取被加热件的温度信息；或者，红外测温部300还可以通过线缆等将测得的被加热件的温度信息传出至上位机。更具体地，红外测温部300可以间歇地测量被加热件的温度，测量间隔可以根据实际情况选定，优选地，在被加热件处于被加热的过程中，可以使红外测温部300实时检测被加热件的温度，从而提升检测精度，且在被加热件满足目标温度时，即时使工作人员获取被加热件的温度已经满足需求，或者将被加热件的温度已经满足需求的情况传输至上位机，使被加热件能够更快地进入下一加工过程，缩短工艺时间，提升产能。
如上所述，被加热件在预热腔110内被预热至目标温度时，即满足进行下一加工过程的温度需求，可选地，在被加热件的温度满足目标温度时，可以直接将被加热件自预热腔110内取出，且进行下一加工过程，在这种情况下，可以使加热部200关闭，节省能源。
进一步地，在预热工作过程中，可以通过人工控制的方式驱动红外测温部300在第一位置和第二位置之间移动。例如，在被加热件被放入至预热腔110内之后，可以通过人工驱动使红外测温部300移动至第一位置，在获取被加热件已经被加热至目标温度的情况下，同样可以采用人工驱动的方式使红外测温部300移动至第二位置。
进一步地，本发明实施例公开的预热装置还可以包括到位检测部530，到位检测部530用于检测红外测温部300是否位于第一位置。采用上述技术方案的情况下，在移动红外测温部300的过程中，到位检测部530可以辅助判断红外测温部300是否到达第一位置，从而提升红外测温部300的到位精度，以使红外测温部300每次进行测温工作时，均可以到达测温窗120的中心等预设位置，从而获得精度较高的测温结果。
具体地，到位检测部530为接触式传感器或接近式传感器，其安装位置可以根据测温窗120的位置和红外测温部300的结构等实际情况确定。更具体地，到位检测部530为凹槽型传感器，且可以借助支座540固定在测温窗120的一侧，支座540可以为金属等硬质材料制成的安装结构，支座540可以通过螺钉等连接件固定在预热腔110上。在人工驱动红外测温部120的情况下，可以通过查看到位检测部530的实时检测情况，以确保红外测温部300能够被较为精准地移动至第一位置。
进一步地，本发明实施例公开的预热装置还包括控制部，控制部用于在被加热件位于预热腔110内，且红外测温部300位于第一位置的情况下，控制加热部200开启，并且，控制部还用于在被加热件的温度满足目标温度且红外测温部300位于第二位置的情况下，控制加热部200关闭。
也就是说，通过增加控制部，使得加热部200的开启和关闭过程均采用自动控制的方式进行。在这种情况下，一方面可以提升整个预热过程的自动化程度，另一方面还可以缩短各工序之间的响应时间，提升工作效率，降低人工误差的出现概率。
具体地，可以通过设置位置传感器等部件对预热腔内是否有被加热件，且通过使前述位置传感器、红外测温部和加热部等部件均与控制部通信连接，使得控制部能够获取被加热件的位置信息和温度信息等。
可选地，本发明实施例公开的预热装置还可以包括驱动部510，驱动部510设置在预热腔110上，红外测温部300与驱动部510连接，驱动部510能够驱动红外测温部300在第一位置和第二位置之间移动，从而可以进一步提升预热装置的自动化程度。
详细地说，在预热被加热件之前或预热被加热件的过程中，可以使驱动部510驱动红外测温部300移动至第一位置，以通过测温窗120测量位于预热腔110内的被加热件的温度；而在被加热件完成预热过程之后，被加热件将要被从预热腔110内取出时，可以使驱动部510驱动红外测温部300自第一位置移动至第二位置，从而避让测温窗120，进而防止加热部200的热量直接辐射至红外测温部300，提升红外测温部300的使用寿命。另外，如上一实施例中，在红外测温部300自第一位置离开，且位于第二位置之后，可以关闭加热部200，自预热腔110内取出被加热件，且将被加热件送至进行下一加工过程。
具体地，驱动部510可以为直线电机、直线气缸、液压缸或螺旋电机等，驱动部510可以通过支架520安装至预热腔110之外，支架520可以为金属支架，且可以通过螺钉等部件固定在预热腔110之外。红外测温部300可以安装在驱动部510的驱动头上，从而在驱动部510动作的情况下，使红外测温部300可以随驱动头一并移动。当然，可以根据驱动部510的最大位移量等实际情况，确定驱动部510的安装位置，以保证驱动部510能够驱动红外测温部300在第一位置和第二位置之间移动。
进一步地，在红外测温部300借助驱动部510在第一位置和第二位置之间移动的过程中，如上所述，本发明实施例公开的预热装置可以包括到位检测部530，通过使到位检测部530与驱动部510通信连接，使得到位检测部530能够控制驱动部510的动作情况，或者，在预热装置设置有控制部或与上位机的情况下，可以使到位检测部530和驱动部510均与控制器或上位机通信连接，以使控制器或上位机根据到位检测部530的检测信息控制驱动部510的动作情况，保证驱动部510能够精确地驱动红外测温部300移动至第一位置。
可选地，驱动部510为单作用弹簧复位气缸，单作用弹簧复位气缸具有伸出状态和缩回状态，且通过通断气的方式即可使单作用弹簧复位气缸在伸出和缩回状态之间切换，控制难度相对较低，另外，采用单作用弹簧复位气缸作为驱动部510，可以直接将红外测温部300固定在气缸头上，这可以在一定程度上降低驱动部510与红外测温部300之间的组装难度。另外，可以使驱动部510的伸缩方向与预热腔110的腔壁保持平行，以保证红外测温部300在移动过程不会发生倾斜，进而可以防止红外测温部300向靠近预热腔110的方向移动而碰撞预热腔110，或者向远离预热腔110的方向移动而无法获得较为精准的测温结果。
进一步地，本发明实施例公开的预热装置还可以包括气压调节阀，气压调节阀与驱动部510的进气管路连通，在预热装置的使用过程中，可以根据驱动部510的动作情况，调节驱动部510的进气压力，保证驱动部510能够平稳可靠地运行。
可选地，被加热件可以包括托盘410，当然，被加热件还包括晶圆等半导体器件，在预热半导体器件的过程中，托盘410可以为半导体器件提供承载作用，以尽量防止半导体器件在预热腔110内预热时被污染，或在预热过程中因跌落等原因而损坏。托盘410可以采用金属等导热性能较高的材料制成，托盘410可以直接支撑在加热部200上。在预热半导体器件的过程中，通过使半导体器件被放置在托盘410上，借助热传递效应，可以使托盘410上的热量能够被传递至半导体器件上。
可选地，预热装置内还是可以设有支撑部420，支撑部420可以为杆状结构，且支撑部420的数量可以为至少三个，托盘410可以支撑在多个支撑部420上，多个杆状结构的支撑部420可以为托盘410提供较好的支撑效果，且对托盘410的受热面积影响较小。例如，三个支撑部420可以呈三角形顶点状设置，从而使托盘410与加热部200之间具有一定的间隔，这还可以使托盘410上各部分区域受到的热量相对均衡，从而可以均匀地加热位于托盘410内的半导体器件，使半导体器件上各部分的温度基本一致，提升半导体器件后续加工过程的均匀性。
基于上述实施例，进一步地，可以使测温窗120沿自身轴向的投影位于托盘410的中心区域，这使得红外测温部300所测得的温度相对精确，且由于半导体器件通常被放置在托盘410的中心区域，从而在通过测温窗120测量半导体器件时，红外测温部300测得的温度基本可以代表位于预热腔110内的半导体器件的温度。
进一步地，沿垂直于测温窗120的轴向的方向，可以测温窗120的尺寸大于红外测温部300的尺寸，从而使红外测温部300测量半导体器件时具有较大的视野，进而保证红外测温部300所测得的半导体器件的温度较为精确。例如，红外测温部300和测温窗120的截面均可以为圆形或近似圆形的结构，可选地，测温窗120的直径可以比红外测温部300的直径大2mm左右，且在测温过程中，可以使红外测温部300位于测温窗120的中心，保证红外测温部300所测得的温度具有较高的精度。
基于上述任一实施例公开的预热装置，如图3所示，本发明还公开一种预热方法，预热方法可以应用在上述任一预热装置中，预热方法包括：
S1、在对被加热件预热前或进行预热时，移动红外测温部至第一位置；具体地，可以借助人工驱动或驱动部510等自动驱动设备时移动红外测温部的所在位置，从而在对被加热件预热前或进行预热时，使得红外测温部能够通过测温窗测量位于预热腔内的被加热件的实时温度。
S2、在对被加热件进行预热且被加热件的温度满足目标温度的情况下，移动红外测温部至第二位置。在借助红外测温部获取到被加热件的温度满足目标温度的情况下，相似地，可以采用人工驱动或自动驱动的方式，使红外测温部被驱动至第二位置，以避让测温窗，从而防止红外测温部受到来自于加热部的热辐射，提升红外测温部的使用寿命。
进一步地，如上所述，预热装置还可以包括到位检测部和控制部，在这种情况下，本发明实施例公开的预热方法还可以包括：
S3、在被加热件位于预热腔内，且红外测温部位于第一位置的情况下，控制加热部开启；具体地，控制部借助获取被加热件的位置信息和红外测温部的位置信息等，可以自动控制加热部开启，以对位于预热腔内的被加热件进行预热工作，可以提升预热装置的自动化程度。
S4、在被加热件的温度满足目标温度且红外测温部位于第二位置的情况下，控制加热部关闭。相应地，预热部借助获取的被加热件的实时温度信息和红外测温部的位置信息等，能够在被加热件的温度和红外测温部的位置满足条件的情况下，控制加热部关闭，一方面可以节省能源，另一方面，还可以进一步降低预热腔之外的部件所受到的热辐射量。
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种预热装置，用于在半导体设备中预热被加热件，其特征在于，包括：
预热腔(110)，所述预热腔(110)用于容纳所述被加热件，所述预热腔(110)的顶部设有测温窗(120)；
加热部(200)；
红外测温部(300)，所述红外测温部(300)设置于所述预热腔(110)之外，所述红外测温部(300)与所述预热腔(110)活动连接；
在对所述被加热件预热前或进行预热时，所述红外测温部(300)位于第一位置，所述红外测温部(300)通过所述测温窗(120)测量位于所述预热腔(110)内的所述被加热件的温度；
在所述被加热件的温度满足目标温度的情况下，所述红外测温部(300)位于第二位置，所述红外测温部(300)避让所述测温窗(120)。
2.根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于，所述预热装置还包括到位检测部(530)，所述到位检测部(530)用于检测所述红外测温部(300)是否位于所述第一位置。
3.根据权利要求2所述的预热装置，其特征在于，所述预热装置还包括控制部，所述控制部用于在所述被加热件位于所述预热腔(110)内，且所述红外测温部(300)位于所述第一位置的情况下，控制所述加热部(200)开启，以及在所述被加热件的温度满足目标温度且所述红外测温部(300)位于所述第二位置的情况下，控制所述加热部(200)关闭。
4.根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于，所述预热装置还包括驱动部(510)，所述驱动部(510)设置于所述预热腔(110)，所述红外测温部(300)与所述驱动部(510)连接，所述驱动部(510)可驱动所述红外测温部(300)在所述第一位置和所述第二位置之间移动。
5.根据权利要求4所述的预热装置，其特征在于，所述驱动部(510)为单作用弹簧复位气缸。
6.根据权利要求4所述的预热装置，其特征在于，所述预热装置还包括气压调节阀，所述气压调节阀与所述驱动部(510)的进气管路连通。
7.根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于，所述被加热件包括托盘(410)，所述测温窗(120)沿自身轴向的投影位于所述托盘(410)的中心区域。
8.根据权利要求1所述的预热装置，其特征在于，在水平方向上，所述测温窗(120)的尺寸大于所述红外测温部(300)的尺寸。
9.一种预热方法，应用于权利要求1-8中任意一项所述的预热装置，所述预热方法包括：
在对所述被加热件预热前或进行预热时，移动所述红外测温部至第一位置；
在对所述被加热件进行预热且所述被加热件的温度满足目标温度的情况下，移动所述红外测温部至第二位置。
10.根据权利要求9所述的预热方法，其特征在于，所述预热装置还包括到位检测部和控制部，所述到位检测部用于检测所述红外测温部是否位于所述第一位置；所述控制部用于在所述被加热件位于所述预热腔内，且所述红外测温部位于所述第一位置的情况下，控制所述加热部开启，以及在所述被加热件的温度满足目标温度且所述红外测温部位于所述第二位置的情况下，控制所述加热部关闭，所述预热方法还包括：
在所述被加热件位于所述预热腔内，且所述红外测温部位于所述第一位置的情况下，控制所述加热部开启；
在所述被加热件的温度满足目标温度且所述红外测温部位于所述第二位置的情况下，控制所述加热部关闭。
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