CN208835029U - 具有管道加热功能的半导体制造装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种具有管道加热功能的半导体制造装置，本实用新型的实施例的具有管道加热功能的半导体制造装置包括进行半导体加工工艺的工艺腔室、使所述工艺腔室保持真空状态的真空泵以及由不锈钢管构成且用于连接所述工艺腔室和所述真空泵之间的前级管道，其包括：热交换器，设置于所述工艺腔室及所述真空泵的外侧，用于产生加热所述前级管道所需的热量；以及热交换管，与所述热交换器相连接，以盘绕于所述前级管道的外周面全体的方式设置，利用所述热交换管中流动的流体向所述前级管道均匀地供应所述热量。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造装置，尤其是涉及一种具有加热前级管道的功能，以能够使前级管道内部堆积粉末的情形最小化的具有管道加热功能的半导体制造装置。
背景技术
最近，包括反应炉的半导体制造装置中使用诸如退火工艺、扩散工艺、氧化工艺以及化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺的半导体制造工艺。
图1是示出现有技术的半导体制造装置的一例的概略结构图，图2是示出现有技术的半导体制造装置的前级管道和加热套的连接关系的概略示意图。
图1所示的半导体制造装置100是包括垂直型反应炉101的半导体制造装置的代表性的例，在反应炉101内设置有用于对晶片进行工艺处理的工艺腔室102，多个晶片W在垂直地配置于管道103内的状态下移送到工艺腔室102，并执行以与外部隔离的状态在晶片上形成规定的薄膜的工艺处理。根据反应条件和处理气体的种类，作为反应气体使用多样的气体，并由这样的反应气体的化学反应来生成多样的副产物。尤其是，当在保持650℃以上的高温及10-2托(torr)程度的压力的工艺腔室102内，使氨气NH3和二氯甲硅烷(SiH2Cl2，DCS)气体进行反应时，蒸镀得到作为所需的薄膜的氮化硅膜Si3N4，并作为副产物生成氯化铵NH4Cl。
工艺腔室102下部连接有用于排出内部的气体的排气口105，在该排气口105结合有由多个气体管构成的前级管道106(fore line)的一端，前级管道106的另一端与真空泵104相连接。
在构成前级管道106的各气体管中，为了防止在反应气体的排出过程中因温度降低而产生粉末(powder)，如图2所示，在气体管外表面设置有利用热量对气体管内部间接地保温及加热，从而使前级管道106保持规定温度的加热套(heating jacket；110a、110b、110c)。
例如，在工艺腔室102内使用DCS和NH3进行的氮化硅蒸镀工艺中产生的NH4Cl气体在130℃以上的温度时保持气体状态，而当温度降低到130℃以下时达到固体状态，在进行蒸镀后从工艺腔室102排出的NH4Cl气体在通过前级管道106排出的过程中，利用保持约150℃的温度的加热套110a、110b、110c进行加热，从而防止因温度下降而产生粉末。
但是，在前述的现有技术的半导体制造装置中，即使安装有如上所述的加热套，由于加热套不易对前级管道的全体进行温度控制，因受到外部影响而前级管道上将可能局部地产生温度损失，从而导致与实际温度存在差异。
并且，当利用加热套向前级管道进行发热的部件发生劣化，或者加热套内设置的电热线断开时，前级管道将逐渐被产生的粉末堵塞。
如上所述，现有技术中使用的加热套方式的结构存在有局部热损失较大的问题，并且不易确认何时发生加热套的故障，如果在前级管道的多个部位安装用于检测温度是否降低以发现加热套的故障的诸如热电偶温度传感器(Thermocouple temperature sensor,TC sensor)的温度传感器108，则会产生较多的部件费用，从而导致生产成本的上升。
因此，亟需开发出能够向前级管道均匀地供应热量，以使前级管道内壁的温度保持恒定，从而防止因温度降低而产生粉末的半导体制造装置。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述的技术问题而提出，本实用新型的目的在于提供一种具有管道加热功能的半导体制造装置，以防止因温度降低而产生粉末。
本实用新型所要解决的技术问题并不限定于以上提及到的技术问题，本领域的技术人员能够通过以下的记载明确理解未被提及的其他技术问题。
本实用新型的优选实施例的具有管道加热功能的半导体制造装置，包括进行半导体加工工艺的工艺腔室、使所述工艺腔室保持真空状态的真空泵以及由不锈钢管构成且用于连接所述工艺腔室和所述真空泵之间的前级管道，其包括：热交换器，设置于所述工艺腔室及所述真空泵的外侧，用于产生加热所述前级管道所需的热量；以及热交换管，与所述热交换器相连接，以盘绕于所述前级管道的外周面全体的方式设置，利用所述热交换管中流动的流体向所述前级管道均匀地供应所述热量。
并且，本实用新型可以还包括：保护套，以包覆所述热交换管的方式设置于所述热交换管的外部，所述保护套由隔热材料构成，以防止所述热量向所述保护套的外部泄漏。
并且，所述热交换管盘绕于所述前级管道而形成的截面可以呈圆形。
并且，所述热交换管可以由直管和螺旋管构成，所述螺旋管的两端通过所述直管与所述热交换器相连接，所述直管的外表面包覆有隔热层，所述螺旋管盘绕于所述前级管道的外周面。
并且，所述保护套可以具有筒形状，其截面呈中空的环形。
并且，所述保护套可以由硬质材料构成，以支撑并保护所述热交换管。
并且，所述保护套可以由聚四氟乙烯、聚异氰脲酸酯泡沫、陶纸中的一种以上的材料构成。
并且，所述前级管道可以所述热交换管传导的热量来保持预定温度以上。
并且，所述预定温度可以为125℃。
并且，所述热交换管盘绕于所述前级管道的盘绕密度可以从所述热交换管的中央部位越靠近两端越大。
并且，所述热交换管可以由不锈钢或者陶瓷材料构成。
并且，所述流体可以是FC3283氟化液。
根据本实用新型的具有管道加热功能的半导体制造装置的优选一实施例，能够实现以下的技术效果。
当将热交换管盘绕于前级管道的外周面全体进行安装，以使流体通过热交换管流动于前级管道的外壁时，能够向前级管道传导预定的温度。此时，能够使前级管道内壁的温度保持恒定，并使粉末在前级管道内壁堵塞的情形最小化，而且不发生诸如加热套的部件故障及部件更换费用。
本实用新型能够实现的技术效果并不限定于以上提及到的技术效果，本领域的技术人员能够通过以下的记载明确理解未被提及的其他技术效果。
附图说明
图1是示出现有技术的半导体制造装置的一例的概略结构图。
图2是示出现有技术的半导体制造装置的前级管道和加热套的连接关系的概略示意图。
图3是示出本实用新型的一实施例的半导体制造装置的前级管道和其它结构元件的连接关系的概略示意图。
图4是示出本实用新型的一实施例的与热交换管及保护套相结合的状态的前级管道的剖视图。
图5是示出本实用新型的一实施例的利用设置于热交换管和热交换器的传感器进行温度控制的概略示意图。
附图标记的说明
100：半导体制造装置 102：工艺腔室
104：真空泵 106：前级管道
108：温度传感器 110、110a、110b、110c：加热套
120：热交换管 121、123：直管
122：螺旋管 130：保护套
140：热交换器
具体实施方式
通过以下的参照附图详细说明本实用新型的实施例，能够更加明确本实用新型的优点、特征及用于实现这些实施例的方法。但是，本实用新型并不限定于在此公开的实施例，而是可由多种方式实施本实用新型。这些实施例仅是为了向本领域的技术人员充分地公开本实用新型及提示本实用新型的范围。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的结构要素。
以下，参照附图对本实用新型的实施例的具有管道加热功能的半导体制造装置进行详细的说明。
图3是示出本实用新型的一实施例的半导体制造装置的前级管道和其它结构元件的连接关系的概略示意图，图4是示出本实用新型的一实施例的与热交换管及保护套相结合的状态的前级管道的剖视图，图5是示出本实用新型的一实施例的利用设置于热交换管和热交换器的传感器进行温度控制的概略示意图。以下，假设本实用新型的前级管道由单个管道构成的情形为例进行说明。
在本实用新型的半导体制造装置中，工艺腔室102、真空泵104以及前级管道106与图1所示的现有技术的相应结构相同，因此，为了说明上的便利，将使用与图1所示相同的附图标记，沿用图1相关的说明而省去对其详细的说明。
参照图3及图4，本实用新型的实施例的具有管道加热功能的半导体制造装置100包括：工艺腔室102，进行半导体加工工艺；真空泵104，使工艺腔室102保持真空状态；前级管道106，由不锈钢管(SUS tube)构成，用于将工艺腔室102和真空泵104之间相连接。
本实用新型的实施例的半导体制造装置100还包括：热交换器140，设置于工艺腔室102及真空泵104的外侧，用于产生加热前级管道106所需的热量；热交换管120，与所述热交换器140相连接，以盘绕于前级管道106的外周面全体的方式设置，利用热交换管120中流动的流体F向前级管道106均匀地供应热量。
其中，在热交换管120中流动的流体F可以是诸如水的液体或者诸如空气的气体，本实用新型的实施例中采用的流体F是FC3283(Tri perfluoro propyl amine，全氟三丙胺，分子式为C9F21N)氟化液，FC3283氟化液是无色透明全氟化学品，具有良好的化学惰性、电气绝缘性能、热传导性和独特的低表面张力广泛应用于半导体制造厂作为热传导介质。其液体温度范围为-50℃至128℃，主要应用于蚀刻设备、离子注入设备、测试设备及其他设备，FC3283氟化液的应用包括：测漏液(Gross Leak Testing)、电子零部件(IC、LSI部件)或者电子装置的气密性测试、冷热冲击测试液(Thermal Shock)、半导体设备热传导冷媒以及稳定溶剂/添加剂等。
即，只要是能够将热交换器140中产生的热量均匀地传导给前级管道106的外壁，进而使通过前级管道106排出的气体G能够保持预定的温度以上，本实用新型并不限定热交换管中流动的流体。
在本实用新型的实施例中，工艺腔室102、真空泵104以及前级管道106的结构与现有技术中的相应结构相同，对于相同的结构将使用相同的附图标记，并省去对其详细的说明。
本实用新型的实施例的半导体制造装置100还包括：保护套130，以包覆热交换管120的方式设置于热交换管120的外部，保护套130由隔热材料构成，以防止热量向保护套130的外部泄漏。
即，只要是具有足够的隔热性，以防止从热交换器140通过热交换管120传导给前级管道106的热量向保护套130的外部泄漏，本实用新型并不限定保护套的材料。
如图3所示，热交换管120由直管121和螺旋管122构成，螺旋管122的两端通过直管121(供应管)和直管123(回流管)与热交换器140相连接，在本实用新型的一实施例中，直管121的外表面包覆有隔热层，螺旋管122盘绕于前级管道106的外周面。
如图4所示，热交换管120盘绕于前级管道106而形成的截面呈圆形，并且，在本实用新型的一实施例中，保护套130具有筒形状，其截面呈中空的环形。
在本实用新型的一实施例中，保护套130由硬质材料构成，以支撑并保护热交换管120。即，只要是具有足够的硬度，以支撑并保护热交换管120免受外部的冲击等影响，本实用新型并不限定保护套的材料。
在本实用新型的一实施例中，作为保护套130使用的隔热且硬质的材料有聚四氟乙烯(Teflon)、聚异氰脲酸酯泡沫(Polyisocyanurate insulation，TRYMER)、陶纸(ceramic paper)等，以支撑并保护热交换管120的同时，防止从热交换管120的外周面释放的热量向外部排出。
前级管道106利用热交换管120中流动的流体F传导的热量来保持预定温度以上。
其中，所述预定温度为120℃至150℃，优选地，所述预定温度为125℃，例如，在进行BPSG(硼磷硅酸盐玻璃，Borophosphosilicate Glass)、TEOS(tetraethylorthosilicate，正硅酸乙酯)等特殊处理时，将预定温度设定为125℃的高温。并且，根据用户的选择或者根据实际情况，所述流体F在热交换管120流动的流速可以是0.5～1L/分钟。
在本实用新型的一实施例中，热交换管120盘绕于前级管道106的盘绕密度从热交换管120的中央部位越靠近两端越大。由此，能够使前级管道106内壁的温度保持更加均匀。
并且，热交换管120由作为金属材料的不锈钢、铜、铝和作为非金属材料的陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨中的一种以上材料构成，在本实用新型的一实施例中，热交换管120由不锈钢SUS或者陶瓷(Ceramic)构成。即，只要是具有足够的导热性而向前级管道106均匀地供应热量，以使前级管道106内壁的温度保持预定温度以上且保持恒定的温度，本实用新型并不限定热交换管120的材料。
表1是对现有技术中的前级管道和本实用新型的前级管道的结构进行比较的图表，具体如下：
[表1]
如表1所示，与现有技术中利用加热套组件加热前级管道的情况相比，本实用新型中利用由热交换器、热交换管、流体、保温套构成的结构对前级管道进行加热及保温，以使前级管道106内壁的温度保持预定温度以上且保持恒定的温度。并且，本实用新型中能够使部件不良率达到0％而无需更换加热前级管道所需的部件，温度控制范围也由现有技术的40％～60％改进为90％～100％，从而在连接的前级管道106的所有部位测量温度及进行控制，因此，与现有技术中因仅可以在配置热电偶温度传感器的位置测量温度而需要在前级管道的多个位置设置温度传感器的情况相比，本实用新型中仅需在供应管、回流管的入口侧和出口侧以及热交换器中设置传感器，便能够实现对前级管道的温度检测及控制，并使前级管道内壁的温度保持恒定。
如图5所示，其示出前级管道(附图中示出为设备)与热交换管、热交换器以及控制器(附图中示出为Fab(半导体制造)服务器)的连接关系。
参照图5，在供应管121和回流管123的入口侧和出口侧以及热交换器140分别设置有传感器，设备和热交换器140之间、设备和Fab服务器之间、热交换器和Fab服务器之间通过信号线SL相连接，虽未图示，可以利用故障检测分类FDC系统来进行温度的实时检测及控制，当在供应管121和回流管123的入口侧和出口侧以及热交换器140检测出的温度超出预设范围时，设备或热交换器140发出警报，Fab服务器产生联锁并通过信号线SL使设备和热交换器停止运行，以便用户对发出警报的设备或热交换器进行检修。
表2是对预定温度设定联锁(interlock)并进行温度控制的图表。
[表2]
如表2所示，在本实用新型的一实施例中，将预定温度的上限设定为127℃、下限温度设定为123℃，并设定联锁(interlock)为在检测出的温度超出上限温度或下限温度时产生联锁，在检测出联锁情况时，设备发出警报并停止运行，待用户对设备和热交换器进行检修后，联锁被解除并使设备重新运行。
根据如上所述的本实用新型，利用盘绕于前级管道的热交换管及用于产生热量并间接地加热前级管道的热交换器来代替现有技术中使用的加热套，由此，能够避免现有技术中因加热套内设置的电热线被断开等而导致的部件故障，并且通过消除不均等的热传递，能够使因前级管道内部的O型环、外部的管件劣化所致的部件损失最小化。
并且，当将热交换管盘绕于前级管道的外周面全体进行安装，以使流体通过热交换管流动于前级管道的外壁时，能够向前级管道传导预定的温度。此时，能够使前级管道内壁的温度保持恒定，并使粉末在前级管道内壁堵塞的情形最小化，而且不发生诸如加热套的部件故障及部件更换费用。
以上对本实用新型的优选实施例进行了图示及说明，但是本实用新型并不限定于上述特定的实施例，在不背离权利要求书中记载的本实用新型的技术思想的范围内，本实用新型所属的技术领域的一般技术人员能够进行多种变形实施，而且这样的变形实施不应脱离本实用新型的技术思想或前景而单独地加以理解。
Claims (12)
1.一种具有管道加热功能的半导体制造装置，包括进行半导体加工工艺的工艺腔室、使所述工艺腔室保持真空状态的真空泵以及由不锈钢管构成且用于连接所述工艺腔室和所述真空泵之间的前级管道，其特征在于，包括：
热交换器，设置于所述工艺腔室及所述真空泵的外侧，用于产生加热所述前级管道所需的热量；以及
热交换管，与所述热交换器相连接，以盘绕于所述前级管道的外周面全体的方式设置，利用所述热交换管中流动的流体向所述前级管道均匀地供应所述热量。
2.根据权利要求1所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，还包括：
保护套，以包覆所述热交换管的方式设置于所述热交换管的外部，所述保护套由隔热材料构成，以防止所述热量向所述保护套的外部泄漏。
3.根据权利要求2所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述热交换管盘绕于所述前级管道而形成的截面呈圆形。
4.根据权利要求3所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述热交换管由直管和螺旋管构成，所述螺旋管的两端通过所述直管与所述热交换器相连接，所述直管的外表面包覆有隔热层，所述螺旋管盘绕于所述前级管道的外周面。
5.根据权利要求3所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述保护套具有筒形状，其截面呈中空的环形。
6.根据权利要求5所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述保护套由聚四氟乙烯、聚异氰脲酸酯泡沫、陶纸中的一种以上的硬质材料构成，以支撑并保护所述热交换管。
7.根据权利要求6所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述保护套由聚四氟乙烯、聚异氰脲酸酯泡沫、陶纸中的一种以上材料构成。
8.根据权利要求1所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述前级管道利用所述热交换管传导的热量来保持预定温度以上。
9.根据权利要求8所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述预定温度为125℃。
10.根据权利要求1所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述热交换管盘绕于所述前级管道的盘绕密度从所述热交换管的中央部位越靠近两端越大。
11.根据权利要求1所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述热交换管由不锈钢或者陶瓷材料构成。
12.根据权利要求1所述的具有管道加热功能的半导体制造装置，其特征在于，所述流体是FC3283氟化液。
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