CN113436996A - 用于热处理设备的冷却装置及热处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于热处理设备的冷却装置及热处理设备，所述热处理设备具有通气腔(102)，所述通气腔(102)用于气体流通换热，所述冷却装置包括连接管道(210)和抽气组件(220)，所述连接管道(210)的一端用于和所述通气腔(102)连通，所述连接管道(210)的另一端与所述抽气组件(220)连通，所述抽气组件(220)包括至少两个功率不同的风机，根据所述热处理设备的不同的降温温度段，选择与其对应的所述风机抽取所述通气腔(102)内的气体。上述方案能够解决热处理设备的加工效率较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造技术领域，尤其涉及一种用于热处理设备的冷却装置及热处理设备。
背景技术
在半导体芯片制造时，利用热处理设备对晶圆实施CVD、扩散、氧化、退火等处理。晶圆在工艺结束时的温度较高，因此需要对晶圆进行降温处理。
发明人在实现本发明创造的过程中发现，相关技术中，热处理设备在进行低速降温时，采用自然降温的方式。此种降温方式工艺时间较长，进而造成热处理设备的加工效率较低。
发明内容
本发明公开一种用于热处理设备的冷却装置及热处理设备，以解决热处理设备的加工效率较低的问题。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
一种用于热处理设备的冷却装置，所述热处理设备具有通气腔，所述通气腔用于气体流通换热，所述冷却装置包括连接管道和抽气组件，所述连接管道的一端用于和所述通气腔连通，所述连接管道的另一端与所述抽气组件连通，所述抽气组件包括至少两个功率不同的风机，根据所述热处理设备的不同的降温温度段，选择与其对应的所述风机抽取所述通气腔内的气体。
一种热处理设备，包括炉体、进气组件和冷却装置，所述炉体内设有通气腔，所述进气组件用于向所述通气腔内通入气体，所述冷却装置为上述的冷却装置，所述冷却装置与所述通气腔相连通，用于抽出所述通气腔内的气体。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本发明公开的冷却装置中，可以根据热处理设备的不同降温温度段，选择不同功率的风机进行降温，在满足热处理设备的降温速率的情况下，还能够缩短工艺时间，从而提高了热处理设备的加工效率。
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为相关技术中热处理设备的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的热处理设备的结构示意图。
附图标记说明：
100-炉体、101-第一通孔、102-通气腔、110-隔热通道、111-第二通孔、
210-连接管道、211-主管道、212-第一支管道、213-第二支管道、220-抽气组件、221-第一风机、222-第二风机、231-第一阀门、232-第二阀门、233-第三阀门、240-热交换器、
300-进气组件、310-进风管、320-第四阀门、330-主进风管、
400-工艺管。
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。
在对热处理设备的炉体进行降温的相关技术中，如图1所示，热处理设备包括炉体510、连接管520和风机530，炉体510的内腔511通过连接管520与风机530相连通。风机530为负压状态，因此能够将炉体510内的热气体抽出，进而加快了炉体510内的气体流动，从而实现炉体的降温。
发明人在实现本发明创造的过程中发现，为了实现炉体510的快速降温，需要使用较大功率的风机530进行降温，因此使得炉体510的降温速率较快。在较高的温度范围内，温度降低过快容易造成晶圆的表面温度骤降，会导致晶圆的晶格错位，从而容易导致晶圆的质量下降。因此通常会采用自然降温的方式，也就是关闭风机530，随炉体510自然冷却，此种降温方式降温速率较慢，因此使得降温时间较长，进而使得热处理设备的加工效率较低。
另外，风机530也可以采用变频风机，风机530的频率变化，能够改变风机的排气量。相关技术中大功率风机的频率在30Hz至50Hz之间。在低速降温时，若将风机530的功率强行降至30Hz以下，风机530会因为低频使用产生的发热量过大，造成风机530故障，从而损坏风机530，因此大功率的风机530也无法在低频状态下使用。
本发明公开的方案如图2所示，本发明实施例公开一种用于热处理设备的冷却装置，该冷却装置应用于热处理设备中，用于对热处理设备的炉体100进行降温，热处理设备具有通气腔102。具体地，通气腔102开设于炉体100内。所公开的冷却装置包括连接管道210和抽气组件220。
连接管道210的一端用于和通气腔102连通，连接管道210的另一端与抽气组件220连通，抽气组件220包括至少两个功率不同的风机，根据热处理设备的不同的降温温度段，选择与其对应的风机抽取通气腔102内的气体，抽气组件220排气至厂务端进行处理。
具体的降温过程中，在温度较高的温度段，可以采用功率较小的风机抽取通气腔102内的气体，此时，风机的功率较小，因此风机的抽气量较小，因此能够实现炉体100的低速降温。
在温度较低的温度段，为了加快炉体100降温，可以采用功率较大的风机抽取通气腔102内的气体，此时风机的功率较大，因此风机的抽气量较大，能够快速的将通气腔102内的热空气抽出，从而能够实现炉体100的快速降温。当然，还可以开启多个风机，从而能够进一步提高降温速率。
本申请公开的实施例中，可以根据热处理设备的不同降温温度段，选择不同功率的风机进行降温，在满足热处理设备的降温速率的情况下，还能够缩短工艺时间，从而提高了热处理设备的加工效率。
另外，由于风机的数量为多个，因此可以设置一个功率和频率都小的风机，从而满足风机在低频状态下正常使用，进而使得风机的频率和功率相匹配，防止风机损坏。
例如，炉体100在降温的过程中，炉体100的温度需要从1000℃降至600℃。但1000℃至800℃的降温温度段，温度较高，如果降温较快的话容易造成晶圆的表面温度骤降，会导致晶圆的晶格错位，从而容易导致晶圆的质量下降。因此从1000℃低速降温至800℃，再从800℃快速降温至600℃。首先1000℃至800℃的降温温度段采用小功率风机降温，当小功率降温到800℃后，关闭小功率风机，开启大功率风机，实现快速降温。此时既能够满足低速降温需求，又能够满足快速降温需求，缩短工艺时间。
在另一种可选的实施例中，抽气组件220可以包括第一风机221和第二风机222，第一风机221的功率可以大于第二风机222的功率。连接管道210可以包括主管道211、第一支管道212和第二支管道213，主管道211与通气腔102连通，第一风机221可以通过第一支管道212与主管道211连通。第二风机222可以通过第二支管道213与主管道211连通。
此方案中，抽气组件220包括功率大小不同的两个风机，第一风机221的功率大于第二风机222的功率，因此第一风机221的功率较大，因此能够实现炉体100的快速降温。第二风机222的功率较小，因此能够实现炉体100的低速降温。此时，风机的数量较少，同时还能够满足不同的降温温度段的降温速率。
另外，第一风机221通过第一支管道212与主管道211连通，第二风机222通过第二支管道213与主管道211连通，第一风机221和第二风机222分别对应有各自的支管道，因此第一风机221和第二风机222安装以及工作时不会相互影响，进而提高热处理设备工作时的安全性和可靠性。
在另一种可选的实施例中，第二支管道213的进气口位于第一支管道212的进气口的上游，也就是说，第二支管道213相比于第一支管道212来说更靠近且炉体100。第一支管道212的通气截面积大于第二支管道213的通气截面积。此时，第一支管道212沿垂直轴线的横截面的面积大于第二支管道213沿垂直轴线的横截面的面积。
此方案中，由于第二风机222的功率较小，因此第二支管道213的通气截面积小，从而使得风机的排风量与对应的支管道的通气截面相匹配，以避免由于支管道的通气截面积影响冷却装置排气。
上述实施例中，第一支管道212和第二支管道213的具体的通气截面积可以根据第一风机221和第二风机222的具体功率进行选择，本文不作限制。
上述实施例中，当采用第二风机222排气时，由于第一支管道212也与外部环境连通，从而导致热空气也会从第一支管道212排出，进而造成热处理设备的降温速率加快，影响热处理设备降温。
基于此，在另一种可选的实施例中，第二支管道213上可以设有第一阀门231，第一阀门231可以用于控制第二风机222的排气量。第二支管道213的进气口和第一风机221之间的管道内可以设有第二阀门232，第二阀门232用于控制第一风机221的排气量。此时，第二阀门232可以设置于第二支管道213的进气口和第一支管道212的进气口之间的主管道211上，当然，第二阀门232也可以设置于第一支管道212上。
本方案中，采用第二风机222排气时，开启第一阀门231，关闭第二阀门232，此时，第二风机222与主管道211相连通，因此第二风机222可以对通气腔102进行抽气，而第二阀门232关闭，第一支管道212与外界环境不连通，因此热空气不会通过第一支管道212排出，从而提高了热处理设备的降温精度。
当然，采用第一风机221排气时，可以关闭第一阀门231，开启第二阀门232，此时热空气不会通过第二支管道213排出。
上述实施例中，热处理设备还包括有工艺管400，工艺管400设置于炉体100内，工艺管400和炉体100的内壁之间形成通气腔102。热处理设备在进行热处理工艺时，通气腔102内需要保温，因此通气腔102内的气体不能泄露。为此，在另一种可选的实施例中，冷却装置还可以包括第三阀门233，第三阀门233可以设置于连接管道210内，且第三阀门233可以位于抽气组件220的上游，用于控制连接管道210与通气腔102连通或关闭。
此方案中，第三阀门233用于控制连接管道210与通气腔102的连通或关闭。当热处理设备在进行热处理工艺时，第三阀门233关闭，从而使得连接管道210与通气腔102关闭，气体不会泄露到主管道211中，因此不容易造成热处理设备失温，从而提高了热处理设备的工艺性能。当热处理设备进行降温时，第三阀门233开启，从而使得连接管道210与通气腔102连通，通气腔102内的气体通过连接管道210排出，进而实现热处理设备的快速降温。
可选地，第三阀门233可以设置于主管道211上，用于控制主管道211与通气腔102的连通或关闭。
上述实施例中，通气腔102内排出的热气体温度较高，为了避免高温气体直接排进厂务端。在另一种可选的实施例中，冷却装置还可以包括热交换器240，热交换器240可以套设于连接管道210外，且热交换器240可以位于第三阀门233和抽气组件220之间，用于对连接管道210内的气体进行降温。此方案中，连接管道210内的其他的部分温度可以传递至热交换器240上，从而使得连接管道210内的气体的温度降低，以使排至厂务端的气体温度较低。
可选地，热交换器240可以采用水冷的方式，此时，热交换器240具有进水管和出水管，冷却水从进水管通入，再从出水管排出，主管道211内的气体的部分热量会传递至冷却水中，从而被冷却水带走，实现降温。当然，还可以采用其他方式对主管道211内的气体进行降温，本文仅公开一种可行的方案，不能限定本申请的具体结构。
为了实现更宽范围的降温速率，在另一种可选的实施例中，第一风机221和第二风机222均可以为变频风机，第一风机221的频率范围与第二风机222的频率范围可以不同。此方案中，第一风机221和第二风机222能够在不同的频率下工作，风机的频率不同，其抽气量也不同，因此第一风机221和第二风机222能够实现更宽范围的降温速率，从而能够满足不同环境的降温需求，进一步提高了冷却装置的使用性能。
可选地，第一风机221的频率可以在30Hz～50Hz之间，第二风机222的频率可以在1Hz～30Hz之间。此时，第一风机221的功率大，频率大，适用于热处理设备的快速降温。第二风机222的功率小，频率小，适用于热处理设备的低速降温。
例如，炉体100在降温的过程中，炉体100的温度需要从1000℃降至600℃。为了防止晶圆的晶格错位，从1000℃至800℃的降温温度段，可以采用低速降温的方式，从800℃至600℃的降温温度段可以采用快速降温的方式。此时，第一风机221的功率为3.7KW，频率在30Hz～50Hz之间。第二风机222的功率为1.5KW，频率在1-30Hz之间。当第一风机的频率为50Hz时，炉体100的降温速率为20℃/min，当第一风机的频率为30Hz时，炉体100的降温速率为15℃/min。而工艺标准是1000℃至800℃的降温温度段，降温速率为5℃/min。因此在第一风机221的频率范围内都不能满足低速降温的需求。第二风机222的频率为30Hz时，降温速率为5℃/min，因此满足1000℃至800℃的降温温度段低速降温的需求。而800℃至600℃的降温温度段可以采用快速降温的方式，因此可以选择大功率和大频率的第一风机，从而能够缩短工艺时间。
另外，在具体选择风机时，还应该考虑降温温度段的范围，例如，1000℃至800℃的降温温度段和800℃至600℃的降温温度段，其降温的温度都是200℃，但由于1000℃至800℃的降温温度段的温度较高，因此降温速率越快，因此在选择风机时，还应该考虑此因素。
基于本发明上述任一实施例的冷却装置，本发明实施例还公开一种热处理设备，所公开的热处理设备具有上述任一实施例冷却装置。本发明实施例公开的热处理设备还包括炉体100和进气组件300，炉体100内设有通气腔102，进气组件300用于向通气腔102内通入气体，冷却装置与通气腔102相连通，用于抽出通气腔102内的气体。
具体降温过程中，进气组件300将气体通入通气腔102内，气体在通气腔102内换热后，再由冷却装置抽出，从而实现气体的循环流动。冷却装置抽出通气腔102内的气体时，气体会携带走通气腔102内的大量热量，从而使得通气腔102内的温度降低，以实现热处理设备的降温。
另外，热处理设备中还包括有工艺管400，工艺管400设置在炉体100内，晶圆在加工时放入工艺管400内，以对晶圆进行加工处理。工艺管400可以采用石英材料制作。
在另一种可选的实施例中，炉体100内壁沿轴向可以设有多个间隔排布的隔热通道110，炉体100的侧壁可以设有多个第一通孔101，多个第一通孔101可以和多个隔热通道110一一对应连通。隔热通道110远离炉体100的侧壁的一侧可以设有第二通孔111，第二通孔111连通通气腔102和隔热通道110。进气组件300可以包括多个进风管310，多个进风管310一一对应的与多个第一通孔101连通。此时，多个间隔设置的隔热通道110环绕设置在工艺管400外。也就是说，工艺管400与炉体100内壁之间设置有隔热通道110。
此方案中，多个隔热通道110间隔排布，此时，多个隔热通道110对应通气腔102内的多个温区，每个隔热通道110内通入的气体能够通入对应的温区，从而使得各温区之间降温速率相同，从而提高了热处理设备的降温的均匀性。
进一步地，进气组件300还可以包括多个第四阀门320，多个第四阀门320与多个进风管310一一对应设置。此方案中，在进风管310上设置第四阀门320，通过调节第四阀门320的开度可以实现对通气气体流量的控制，从而实现各个温区的降温速率进行控制。
另外，进气组件300还可以包括主进风管330，主进风管330与多个进风管310均相连通，主进风管330与供气源相连通。此时，多个进风管310依次沿主进风管330的轴线方向间隔分布。
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)
1.一种用于热处理设备的冷却装置，所述热处理设备具有通气腔(102)，所述通气腔(102)用于气体流通换热，其特征在于，所述冷却装置包括连接管道(210)和抽气组件(220)，所述连接管道(210)的一端用于和所述通气腔(102)连通，所述连接管道(210)的另一端与所述抽气组件(220)连通，所述抽气组件(220)包括至少两个功率不同的风机，根据所述热处理设备的不同的降温温度段，选择与其对应的所述风机抽取所述通气腔(102)内的气体。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述抽气组件(220)包括第一风机(221)和第二风机(222)，所述第一风机(221)的功率大于所述第二风机(222)的功率；所述连接管道(210)包括主管道(211)、第一支管道(212)和第二支管道(213)，所述主管道(211)与所述通气腔(102)连通，所述第一风机(221)通过所述第一支管道(212)与所述主管道(211)连通，所述第二风机(222)通过所述第二支管道(213)与所述主管道(211)连通。
3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述第一风机(221)和所述第二风机(222)均为变频风机，所述第一风机(221)的频率范围与所述第二风机(222)的频率范围不同。
4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述第一风机(221)的频率在30Hz～50Hz之间，所述第二风机(222)的频率在1Hz～30Hz之间。
5.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述第二支管道(213)的进气口位于所述第一支管道(212)的进气口的上游，且所述第一支管道(212)的通气截面积大于所述第二支管道(213)的通气截面积。
6.根据权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，所述第二支管道(213)上设有第一阀门(231)，所述第一阀门(231)用于控制所述第二风机(222)的排气量；
所述第二支管道(213)的进气口和所述第一风机(221)之间的所述连接管道(210)内设有第二阀门(232)，所述第二阀门(232)用于控制所述第一风机(221)的排气量。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括第三阀门(233)，所述第三阀门(233)设置于所述连接管道(210)内，且所述第三阀门(233)位于所述抽气组件(220)的上游，用于控制所述连接管道(210)与所述通气腔(102)连通或关闭。
8.根据权利要求7所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括热交换器(240)，所述热交换器(240)套设于所述连接管道(210)外，且所述热交换器(240)位于所述第三阀门(233)和所述抽气组件(220)之间，用于所述连接管道(210)内的气体进行降温。
9.一种热处理设备，其特征在于，炉体(100)、进气组件(300)和冷却装置，所述炉体(100)内设有通气腔，所述进气组件(300)用于向所述通气腔(102)内通入气体，其特征在于，所述冷却装置为如权利要求1至8任意一项所述的冷却装置，所述冷却装置与所述通气腔(102)相连通，用于抽出所述通气腔(102)内的气体。
10.根据权利要求9所述的热处理设备，其特征在于，所述炉体(100)内壁沿轴向设有多个间隔排布的隔热通道(110)，所述炉体(100)的侧壁设有多个第一通孔(101)，多个所述第一通孔(101)和多个所述隔热通道(110)一一对应连通；所述隔热通道(110)远离所述炉体(100)的侧壁的一侧设有第二通孔(111)，所述第二通孔(111)连通所述通气腔和所述隔热通道(110)；所述进气组件(300)包括多个进风管(310)，多个所述进风管(310)一一对应的与多个所述第一通孔(101)连通。
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