CN111725101B - 冷却装置及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷却装置及冷却方法，冷却装置包括具有冷却腔的冷却本体、设置于冷却腔内的承载部，承载部用于承载待冷却件，与承载部配合的预热部，预热部用于在待冷却件放入冷却腔之前，加热承载部，并使承载部的温度不超过目标温度，以及在待冷却件放入冷却腔时，停止加热承载部。上述技术方案提供的冷却装置可以解决目前半导体产品等待冷却件在冷却过程中容易发生裂片现象的问题。

Description

冷却装置及冷却方法

技术领域

本发明涉及半导体加工设备技术领域，尤其涉及一种冷却装置及冷却方法。

背景技术

在半导体的加工过程中，化学气相沉积是一种重要的加工过程，半导体产品在加热环境下进行外延生长，形成外延层，在外延工艺后，通常需要使半导体产品在工艺腔内自然冷却一段时间后，待其温度处于预设温度区间时取出，且放入冷却装置内继续冷却。目前的冷却装置中通常设置有承载片以承载待冷却的半导体产品，但是，由于自工艺腔取出的半导体产品的温度较高，承载片的温度相对较低，在半导体产品被放置在承载片上时，半导体产品中与承载片相互接触的部分的温度下降较快，而半导体产品中与承载片距离较远的部分温度几乎未发生改变，导致半导体产品中的不同部分之间的温差较大，造成半导体产品容易发生裂片现象。

发明内容

本发明公开一种冷却装置及冷却方法，以解决目前半导体产品在冷却过程中容易发生裂片现象的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

第一方面，本发明提供一种冷却装置，其包括：具有冷却腔的冷却本体、设置于所述冷却腔内的承载部，所述承载部用于承载待冷却件，与所述承载部配合的预热部，所述预热部用于在所述待冷却件放入所述冷却腔之前，加热所述承载部，并使所述承载部的温度不超过目标温度，以及在所述待冷却件放入所述冷却腔时，停止加热所述承载部。

第二方面，本发明提供一种冷却方法，应用于上述冷却装置，冷却方法包括：

若接收到待冷却件放入所述冷却装置所在设备的加工腔的信号，则开启所述预热部，以通过所述预热部对所述承载部进行加热，并使所述承载部的温度不超过目标温度；

若接收到所述待冷却件放入所述冷却腔的信号，则关闭所述预热部，以停止对所述承载部进行加热。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本发明提供一种冷却装置，采用上述冷却装置对半导体产品等待冷却件进行冷却的过程中，在待冷却件放入冷却腔之前，预热部开启，能够对承载部进行预热，且通过使承载部的温度不超过目标温度，使得承载部与待冷却件之间的温差尽量小，防止待冷却件在被放置于承载部上之后，因待冷却件中与承载部接触的部分的温度下降较快，导致待冷却件出现裂片现象；同时，在待冷却件放入冷却腔时，通过关闭预热部，停止加热承载部，以尽量降低预热部对待冷却件的冷却工作产生的不利影响，保证冷却效率仍相对较高。

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冷却装置中冷却本体和承载部的装配图；

图2为本发明实施例公开的冷却装置中预热组件的分解示意图；

图3为本发明实施例公开的冷却装置中导电端子的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的冷却装置的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的冷却方法的一种流程图。

附图标记说明：

100-冷却本体、110-冷源孔、120-沉槽、130-观察窗、140-第一侧壁、150-第二侧壁；

200-承载部；

300-预热组件、310-预热部、311-触点电极、320-盖板、330-密封圈、340-导电端子、350-温控器。

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1-4所示，本发明实施例公开一种冷却装置，其可以为半导体产品等待冷却件提供冷却功能。冷却装置包括冷却本体100、承载部200和预热部310，冷却本体100为冷却装置的主体结构，也作为其他部件的安装基础，承载部200能够为待冷却件提供承载作用。

其中，冷却本体100设有冷却腔，冷却腔可以容纳待冷却件。冷却本体100可以为方形块状结构或圆形柱状结构等规则结构，也可以为其他不规则形状的结构；冷却腔的大小可以根据实际需求确定。当然，冷却本体100上通常还设置有取放口和冷源孔110，取放口和冷源孔110均与冷却腔连通，在冷却过程中，待冷却件可以通过取放口进出冷却腔，取放口的大小可以根据待冷却件的大小以及机械手等取放装置的尺寸确定，可选地，取放口设置在冷却本体100的顶部，这便于待冷却件取放工作的进行。冷源可以通过冷源孔110通入至冷却腔内，为待冷却件提供冷却作用，冷源孔110可以设置在冷却本体100的侧部且靠近顶部的位置，从而在冷却过程中，使通入冷却腔内的冷源更快地布满冷却腔。可选地，冷源为高纯度的氮气，借助管道等持续自冷源孔110向冷却腔内通入氮气，可以降低半导体等物体的温度，达到冷却待冷却件的目的。

承载部200可以通过粘接或卡接等方式固定在冷却本体100上，位于冷却腔内的承载部200可以提供承载作用，或者，还可以通过螺钉等连接件将承载部200固定在冷却本体100的内壁上。具体地，承载部200可以采用石英等材料形成，一方面可以使承载部200具有较好的导热效果，另一方面还可以防止刚放入承载部200上的温度较高的待冷却件与承载部200发生反应，损坏待冷却件。

可选地，承载部200为板状结构，从而使承载部200具有较大面积的承载面的同时，使承载部200的体积相对较小。承载部200的数量可以为一个或多个，在承载部200的数量为多个的情况下，可以使多个承载部200层叠设置，这可以在一定程度上提升冷却腔的空间利用率。当然，在承载部200层叠设置的情况下，需为各承载部200预留取放空间，也即任意相邻的两个承载部200之间均具有预设尺寸间隔，保证被冷却的物品能够被放置在承载部200上，以及自承载部200上取走。

预热部310可以采用金属等导热材料制成，预热部310可以安装在冷却本体100的内部，或者，预热部310也可以安装在冷却本体100的外部。相似地，预热部310也可以通过粘接、卡接或连接件连接等方式固定在冷却本体100上，使预热部310与冷却本体100之间能够通过相互接触的方式进行热交换，并且，通过控制预热部310的安装位置，能够使预热部310与承载部200相互配合，以在预热部310处于开启状态的情况下，预热承载部200。当然，预热部310可以通过与电源等供能器件连接，以借助电能使预热部310产生热量。

采用上述冷却装置对半导体产品等待冷却件进行冷却的过程中，在待冷却件放入冷却腔之前，预热部310开启，能够对承载部200进行预热，且通过使承载部200的温度不超过目标温度，使得承载部200与待冷却件之间的温差尽量小，防止待冷却件在被放置于承载部200上之后，因待冷却件中与承载部200接触的部分的温度下降较快，导致待冷却件出现裂片现象；同时，在待冷却件放入冷却腔时，通过关闭预热部310，停止加热承载部200，以尽量降低预热部310对待冷却件的冷却工作产生的不利影响，保证冷却效率仍相对较高。

如上所述，为了提升冷却效果，在待冷却件被放入冷却腔内时，可以控制预热部310停止加热，可以在一定程度上节省能源成本。相应地，也可以在预热部310关闭之后，再通过冷源孔110通入冷源，一方面进一步降低成本，另一方面，还可以使待冷却件和承载部200的温降更快。需要说明的是，本发明实施例公开的冷却装置中还可以设置有温度传感器，借助温度传感器可以检测承载部200的实时温度，从而在承载部200的温度达到目标温度时，再将待冷却件放入冷却腔中，以进一步防止出现裂片现象，目标温度的具体值可以根据待冷却件被放入冷却腔时的温度等实际情况确定，此处不作限定。

进一步地，承载部200的一部分贴合设置在冷却本体100的内侧壁，预热部310贴合设置在冷却本体100的外侧壁，以防止预热部310的设置占用冷却腔内的空间，且在停止预热承载部200时，位于冷却本体100之外的预热部310对冷却腔内的冷却工作影响较小。通过使预热部310与承载部200对应设置，使得位于冷却本体100之外的预热部310仍能够为承载部200提供较好的预热效果。并且，采用上述技术方案时，可以使预热部310自承载部200的根部对承载部200进行预热工作，一方面使得热量可以沿承载部200的延伸方向传递至承载部200的其他区域，预热过程较为平缓，另一方面，可以使承载部200上各处的温度较为一致，进一步保证待冷却件与承载部200接触区域的各处的温度变化幅度相对平均。

具体地，预热部310的尺寸可以根据承载部200的尺寸确定，且可以使预热部310覆盖承载部200与冷却本体100连接的部分，以进一步提升承载部200的被预热效果。

可选地，冷却本体100的外侧壁设置有沉槽120，预热部310可以设置在沉槽120之内。在设置沉槽120的情况下，一方面可以提升预热部310与冷却本体100之间相对固定关系的稳定性，便于进行预热部310的安装工作，另一方面，在冷却本体100设有沉槽120的情况下，可以减小冷却本体100该部分的厚度，且在预热部310设置在沉槽120之内的情况下，使得预热部310与承载部200之间的热传递效率更高，热量损失更低，这可以进一步提升预热效果。具体地，沉槽120的形状和尺寸可以与预热部310的形状和尺寸相适，以将预热部310安装在沉槽120内。

可选地，本发明实施例公开的冷却装置还包括盖板320，盖板320设置在预热部310背离承载部200的一侧，且盖板320与预热部310可拆卸地连接。盖板320可以为预热部310提供一定的防护作用，且盖板320还可以为工作人员提供一定的保护作用，防止工作人员误触预热部310而发生烫伤或触电等事故。具体地，盖板320可以采用具有绝缘效果的隔热材料制成，例如石棉等，盖板320可以通过螺钉等连接件可拆卸地连接在冷却本体100上，这还可以为预热部310提供一定的固定作用，如上所述，冷却本体100的外侧壁还可以设置沉槽120，在预热部310安装于沉槽120之内的情况下，借助盖板320与冷却本体100相互固定，可以使预热部310实现与冷却本体100固定的目的。

可选地，盖板320朝向冷却本体100的一侧可以设置有密封圈330，盖板320借助密封圈330与冷却本体100密封连接，从而进一步提升盖板320为预热部310提供的防护效果，且可以在一定程度上为预热部310提供保温作用，进一步提升预热效果。密封圈330可以采用橡胶等弹性材料制成。在盖板320或冷却本体100上形成凹槽，且将密封圈330的一部分容纳在凹槽内，一方面为密封圈330提供固定作用，另一方面也可以加强密封性能。

如上所述，预热部310可以通过与电源连接等方式产生热量，可选地，预热部310设有触点电极311，盖板320设有导电端子340，在导电端子340与触点电极311接触的情况下，盖板320与预热部310相互连接，且与导电端子340相连的引脚与电源连接。采用上述技术方案的情况下，预热部310的配电工作难度较小，连接方式简单便捷。进一步地，导电端子340可以为弹性导电端子，从而在盖板320与冷却本体100相互固定之后，可以通过挤压导电端子340的方式，使导电端子340与触点电极311之间的电连接关系更为可靠。

如上所述，承载部200的数量可以为多个，可选地，冷却本体100的第一侧壁140设有多个承载部200，多个承载部200间隔排布，以保证任一承载部200均能正常提供承载作用，相邻的两个承载部200之间的间距可以根据待冷却件的尺寸确定。

在上述情况下，预热部310可以为板状结构件，且第一侧壁140的外侧壁设有预热部310，多个承载部200均可以与该预热部310相互配合，从而借助一个预热部310为多个承载部200提供预热功能。具体地，板状结构的预热部310的整体尺寸可以根据多个间隔排布的承载部200在第一侧壁140所占的面积的大小确定。

另外，冷却本体100可以为四棱柱或五棱柱等，在冷却本体100为棱柱状结构的情况下，第一侧壁140可以为冷却本体100的任一侧壁。可选地，在取放口设置在冷却本体100的顶壁的情况下，第一侧壁140可以为冷却本体100中任一与前述顶壁相邻的侧壁。

基于上述实施例，在冷却本体100为棱柱状结构的情况下，还可以在冷却本体100的第二侧壁150设置多个间隔排布的承载部200，且在第二侧壁150的外侧壁也设置板状结构的预热部310，从而提升冷却腔的利用率，且通过减小承载部200向背离预热部310延伸的尺寸的方式，可以使承载部200与预热部310距离最远的部分的被预热效果也相对较好。

更具体地，设置在第二侧壁150的多个承载部200的结构和尺寸可以与设置在第一侧壁140的多个承载部200的结构和尺寸对应相同，这可以降低备件难度，还可以降低承载部200的布置难度。在冷却本体100中，第一侧壁140与第二侧壁150可以为两个相邻的侧壁，也可以为两个相对的侧壁，在第一侧壁140和第二侧壁150相对设置的情况下，可以使位于第一侧壁140的承载部200与位于第二侧壁150的承载部200之间具有预设间隙，保证待冷却件的取放工作能够正常进行。

可选地，预热部310包括导热板和产热部，产热部可以为金属钨形成的丝状结构件，钨的熔点较高，且较难蒸发。产热部可以采用陶瓷材料等耐高温热传递效率和均匀性均相对较高的材料制成，以便于使通电状态下的产热部产生的热量经导热部更快且更均匀地传递至承载部200。产热部可以预先埋设在导热部内，随着导热部的烧结工艺的进行，可以使导热部与产热部连为一体，保证导热部与产热部之间的连接效果和导热效果均相对较高。

可选地，取放口处还设有观察窗130，观察窗130可以采用玻璃或塑料等透明材料制成，观察窗130与冷却本体100活动连接，且观察窗130可与冷却本体100密封配合，从而在取放待冷却件的过程中，可以通过打开观察窗130的方式，取放待冷却件，在完成取放工作之后，可以将观察窗130关闭，使观察窗130与冷却本体100密封配合，防止冷却腔内的冷源自取放口逸出。

可选地，冷却本体100中与取放口相邻的侧壁上也可以设置有观察窗130，从而在待冷却件的冷却过程中，使工作人员可以多角度地观察待冷却件的冷却状态。

可选地，在冷却装置的工作过程中，工作人员可以根据实际工况，控制预热部310的开启和关闭情况；或者，还可以借助上位机等对预热部310的工作情况进行自动控制。

例如，本发明实施例公开的冷却装置还包括温控器350，温控器350位于盖板320和电源之间，以控制预热部310的温度不超过目标温度。具体地，盖板320与电源均可以通过导线与温控器350连接，更具体地，温控器350与盖板320上的导电端子340连接。在预热部310工作且预热承载部200的过程中，可以借助温控器350控制预热部310的温度，在预热部310的温度达到目标温度时，借助温控器350可以控制降低预热部310的加热功率，或者控制预热部310停止加热，防止在预热部310的温度过高，且超过目标温度的情况下，承载部200被加热的温度也相对较高，导致待冷却件的冷却效率下降。

更具体地，预热部310上可以设置有热电偶丝，温控器350可以通过热电偶丝形成反馈回路，温控器350借助热电偶丝所获取的预热部310的实时温度，根据目标温度与实时温度之间的关系，确定预热部310的后续工作情况；相应地，在实时温度与目标温度相等或差值满足预设范围的情况下，可以使温控器350控制预热部310停止加热。另外，预热部310、盖板320、密封圈330、导电端子340和温控器350可以作为一个整体进行拆装和运输，上述结构可以统称为预热组件300，当然，除上述部件之外，预热组件300还可以包括其他器件。

可选地，本发明实施例公开的冷却装置所在的设备还可以包括位置检测部，位置检测部能够检测是否有待冷却件通过所述取放口进入所述冷却腔，位置检测部能在检测到待冷却件进入冷却腔时，向控制器发送第一控制信号，第一控制信号能够使控制器向预热部310发送停止加热信号，使预热部310停止加热承载部200。具体地，位置检测部可以为红外传感器等，位置检测部可以通过通信连接的方式与控制器连接，相应地，控制器也可以采用通信连接的方式与预热部310连接，实现控制目的。

进一步地，位置检测部还能够在检测到待冷却件放入冷却装置所在设备的加工腔时，向控制器发送第二控制信号，第二控制信号能够使控制器向预热部310发送加热信号，使预热部310加热承载部200。其中，本申请实施例公开的冷却装置所在设备可以为半导体加工设备，半导体加工设备可以包括加工装置和上述任一冷却装置，加工装置具有上述加工腔，在待冷却件的生产过程中，通过将待冷却件放入上述加工腔内，可以先借助加工装置对待冷却件进行加工，而后，将待冷却件自加工腔内取出，使之被放入至冷却腔内进行冷却。

位置检测部通过检测待冷却件是否被放入加工腔，且将检测信息传输至控制器，使得控制器能够获取待冷却件目前的生产状态。在采用上述技术方案的情况下，可以在待冷却件被放入至冷却腔内之前，提前使预热部310进入预热进程，从而在待冷却件完成上一加工过程之后，可以尽快地被送入冷却腔内进行冷却，减少待冷却件的整体加工时长。

另外，在承载部能够被预热部预热的情况下，在半导体产品等待冷却件完成上一加工过程后，由于承载部200的温度较高，从而待冷却件即便不在加工腔内进行自然降温，也基本不会出现待冷却件与承载部200之间温差较大而容易出现裂片现象，从而可以进一步节省待冷却件的加工时长，提升工艺流程效率，提高产能。

基于上述任一实施例公开的冷却装置，本发明实施例还公开一种冷却方法，应用于上述任一冷却装置，如图5所示，冷却方法包括：

S1、若接收到待冷却件放入冷却装置所在设备的加工腔的信号，则开启预热部，以通过预热部对承载部进行加热，并使承载部的温度不超过目标温度。

具体地，可以采用人工获取或自动获取的方式得到待冷却件是否被放入冷却装置所在设备的加工腔这一信息；相似地，也可以采用人工控制或自动控制的方式对预热部的启闭状态和工作情况进行改变。在自动控制的情况下，可以借助控制器或上位机等，通过位置检测部和温度传感器等部件，获取待冷却件的位置信息，以及承载部的温度信息，实现自动控制的目的。

S2、若接收到待冷却件放入冷却腔的信号，则关闭预热部，以停止对承载部进行加热。

相似地，也可以采用人工或自动的方式，获取待冷却件的位置信息，且根据待冷却件的位置信息控制预热部的启闭状态。

采用上述技术方案的情况下，一方面可以防止待冷却件出现裂片现象；另一方面，可以提前使预热部进入预热进程，减少待冷却件的整体加工时长；还可以尽量降低预热部对待冷却件的冷却工作产生的不利影响，保证冷却效率仍相对较高。

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 (8)

1.一种冷却装置，包括：具有冷却腔的冷却本体(100)、设置于所述冷却腔内的承载部(200)，所述承载部(200)用于承载待冷却件，其特征在于，还包括：

与所述承载部(200)配合的预热部(310)，所述预热部(310)用于在所述待冷却件放入所述冷却腔之前，加热所述承载部(200)，并使所述承载部的温度不超过目标温度，以及在所述待冷却件放入所述冷却腔时，停止加热所述承载部(200)；所述冷却本体(100)的外侧壁设有沉槽(120)，所述预热部(310)设置于所述沉槽(120)之内；

所述冷却装置还包括位置检测部，所述位置检测部用于在检测到所述待冷却件进入所述冷却腔时，向控制器发送第一控制信号，所述第一控制信号用于使所述控制器向所述预热部(310)发送停止加热信号，以使所述预热部(310)停止加热所述承载部(200)。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述承载部(200)的一部分贴合设置于所述冷却本体(100)的内侧壁，所述预热部(310)贴合设置于所述冷却本体(100)的外侧壁，且所述预热部(310)和所述承载部(200)对应设置。

3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括盖板(320)，所述盖板(320)设置于所述预热部(310)背离所述承载部(200)的一侧，所述盖板(320)与所述预热部(310)可拆卸地连接。

4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述预热部(310)设有触点电极(311)，所述盖板(320)设有导电端子(340)，当所述导电端子(340)与所述触点电极(311)接触时，所述盖板(320)与所述预热部(310)相互连接，与所述导电端子(340)相连的引脚与电源连接。

5.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，所述预热部(310)包括导热部和产热部，所述产热部位于所述导热部之内，且所述导热部上设置有所述触点电极(311)。

6.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，所述预热部(310)还包括温控器(350)，所述温控器(350)位于所述盖板(320)与所述电源之间，用于控制所述预热部(310)的温度不超过所述目标温度。

7.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述位置检测部还用于在检测到所述待冷却件放入所述冷却装置所在设备的加工腔时，向控制器发送第二控制信号，所述第二控制信号用于使所述控制器向所述预热部(310)发送加热信号，以使所述预热部(310)加热所述承载部(200)。

8.一种冷却方法，应用于权利要求1-7中任意一项所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却方法包括：

若接收到待冷却件放入所述冷却装置所在设备的加工腔的信号，则开启所述预热部，以通过所述预热部对所述承载部进行加热，并使所述承载部的温度不超过目标温度；

若接收到所述待冷却件放入所述冷却腔的信号，则关闭所述预热部，以停止对所述承载部进行加热。