CN209029342U - 气体循环单元及半导体机台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气体循环单元及半导体机台中，包括：输入管和输出管，所述输入管和所述输出管分别设置于一工作腔上；压缩机，所述压缩机的输入端连接所述输入管；冷却水系统，所述冷却水系统包括存储管以及冷却水进出装置，所述存储管连接所述压缩机的输出端，所述冷却水进出装置包裹所述存储管，所述存储管为螺旋状管体；其中，气体沿所述输入管、所述压缩机、所述存储管以及所述输出管循环流动。气体自所述输入管进入，经过所述压缩机处理，提高气体的压力和速度，再缓慢经过螺旋状的所述存储管，在所述冷却水装置中进行冷却，最后通过所述输出管输送至所述工作腔再次使用，以此达到冷却气体循环利用的目的，节能减排降低成本。

Description

气体循环单元及半导体机台

技术领域

本实用新型涉及半导体集成电路制造技术领域，特别涉及一种气体循环单元及半导体机台。

背景技术

半导体制程，例如化学气相沉积，一般在较高温度(>300℃)下反应。晶片从工艺腔体输出后其表面温度会超过300℃，需要在预抽真空腔(Loadlock)中冷却后，才能传输到前开口片盒(front opening unified pod)里面，前开口片盒是一种完全进行自动处理而不需要人工传送硅片的容器，能够允许硅片直接从中处理，在300mm的硅片工艺线中，前开口片盒的片架和容器是合一的。

由于很多半导体生产机台并没有相应的冷却装置，而氦气(He)分子量较小，热导率较大，故而采用了氦气冷却(但不局限于氦气)的方法。现有技术的冷却过程中，通入的冷却气体在冷却晶片完成后被干泵抽走，冷却气体未进行循环利用，并且由于冷却气体的成本较高，如果冷却气体不能循环利用则产生了巨大的浪费。以某公司数据举例，冷却每片晶片消耗氦气1.9L，每片晶片冷却时间约5S，流量为0.38L/S，压力为30Psi，每天做片量约1500PCS，则每天需要消耗氦气2850L。

虽然经过循环利用的冷却气体的纯度会有所降低，但是冷却气体没有作为反应物参与工艺过程，只是起到冷却晶片的作用，纯度降低的冷却气体可能冷却效果会降低，但是在可接受的范围内就能够继续循环利用。

因此，为了达到降低成本的目的，开发一种气体循环单元是有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种气体循环单元及半导体机台，以解决传统的冷却过程中，由于冷却气体的成本较高，通入的气体在冷却后被抽走而未进行循环利用，从而导致了大量浪费的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种气体循环单元，用于冷却气体循环利用，所述气体循环利用单元包括：

输入管和输出管，所述输入管和所述输出管分别设置于一工作腔上；

压缩机，所述压缩机的输入端连接所述输出管；

冷却水系统，所述冷却水系统包括存储管以及冷却水进出装置，所述存储管连接所述压缩机的输入端，所述冷却水进出装置包裹所述存储管，所述存储管为螺旋状管体；

其中，气体沿所述输入管、所述压缩机、所述存储管以及所述输出管循环流动。

可选的，在所述气体循环利用系统，所述存储管为螺旋状管体。

可选的，在所述气体循环利用系统，所述冷却水进出装置包括水箱、进水管和出水管，所述存储管位于所述水箱内，所述进水管与所述出水管分别与所述水箱连接且位于所述存储管的两端侧，冷却水自所述进水管流入所述水箱，并从所述出水管流出。

可选的，在所述气体循环利用系统，所述冷却水系统还包括温控系统，所述温控系统能够根据所述冷却水的温度控制所述进水管的冷却水流量和/或流速。

可选的，在所述气体循环利用系统，所述进水管位于所述水箱下部，所述出水管位于所述水箱上部。

可选的，在所述气体循环利用系统，所述输入管和所述输出管上均设有一阀门。

可选的，在所述气体循环利用系统，所述气体循环单元还包括过滤器，所述过滤器的输入端连接所述存储管的输出端，所述过滤器的输出端连接所述输出管。

可选的，在所述气体循环利用系统，所述气体循环单元还包括监控器，所述监控器设置于所述输入管和所述输出管内，以监控气体的流量和/或流速。

可选的，在所述气体循环利用系统，所述气体为经过了一定循环次数和/或时间的氦气。

本实用新型还提供一种半导体机台，所述半导体机台包括预抽真空腔及一如上所述的气体循环单元，所述气体循环单元的输入管和输出管分别设置于所述预抽真空腔上。

在本实用新型提供的气体循环单元及半导体机台中，所述气体循环单元包括：输入管和输出管，所述输入管和所述输出管分别设置于一工作腔上；压缩机，所述压缩机的输入端连接所述输入管；冷却水系统，所述冷却水系统包括存储管以及冷却水进出装置，所述存储管连接所述压缩机的输出端，所述冷却水进出装置包裹所述存储管，所述存储管为螺旋状管体；其中，气体沿所述输入管、所述压缩机、所述存储管以及所述输出管循环流动。所述气体循环单元工作时，气体在工作腔中完成晶片冷却后，自所述输入管进入所述气体循环单元中，依次经过所述压缩机处理，提高气体的压力和速度，使气体连续流动，然后缓慢经过螺旋状的所述存储管，所述存储管在所述冷却水装置中进行冷却，冷却后的气体通过所述输出管输送至所述工作腔再次使用，以此达到冷却气体循环利用的目的，节能减排降低成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例的气体循环单元的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的气体循环单元中冷却水系统的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的半导体机台的结构示意图；

其中，

100-气体循环单元；110-输入管；120-压缩机；130-冷却水系统；131-存储管；132-冷却水进出装置；133-温控系统；134-水箱；135-进水管；136-出水管；140-输出管；150-过滤器；200-预抽真空腔；210-进气阀门；220-排气阀门。

具体实施方式

本实用新型的核心思想在于提供一种气体循环单元及半导体机台，以解决传统的晶片冷却过程中，由于冷却气体的成本较高，通入的气体在完成晶片冷却后被抽走而未进行循环利用，从而导致了大量浪费的问题。

为实现上述思想，本实用新型提供了一种气体循环单元及半导体机台，所述气体循环单元包括：输入管和输出管，所述输入管和所述输出管分别设置于一工作腔上；压缩机，所述压缩机的输入端连接所述输入管；冷却水系统，所述冷却水系统包括存储管以及冷却水进出装置，所述存储管连接所述压缩机的输出端，所述冷却水进出装置包裹所述存储管，所述存储管为螺旋状管体；其中，气体沿所述输入管、所述压缩机、所述存储管以及所述输出管循环流动。

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的气体循环单元及半导体机台作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

首先，请参阅图1，在本实施例中，一种气体循环单元100，用于晶片冷却气体的循环利用，所述气体循环单元100包括：

输入管110和输出管140，所述输入管110和所述输出管140分别设置于一工作腔上；压缩机120，所述压缩机120的输入端连接所述输入管110；冷却水系统130，所述冷却水系统130包括存储管131以及冷却水进出装置132，所述存储管131连接所述压缩机120的输出端，所述冷却水进出装置132包裹所述存储管131；其中，气体沿所述输入管110、所述压缩机120、所述存储管131以及所述输出管140循环流动。所述气体循环单元100工作时，气体在所述工作腔中完成晶片冷却后，若直接被泵抽走而未进行循环利用，用于晶片冷却的气体成本又较高，那么冷却气体不能循环利用就产生了巨大的浪费，而在本实施例中，冷却晶片后的气体自所述输入管110进入所述气体循环单元100中，依次经过所述压缩机120处理，提高气体的压力和速度，使气体连续流动，然后缓慢经过所述存储管131，所述存储管131在所述冷却水装置132中进行冷却，冷却后的气体通过所述输出管140输送至所述工作腔中再次使用，以此达到冷却气体循环利用的目的，节能减排保护环境，同时降低生产成本。优选的，所述存储管131为螺旋状管体。由此，螺旋状管体的能够在长度一定的空间内存储更多的气体，有效利用有限空间，减少了生产设备的占地面积，降低生产成本。同时，所述存储管131的管路长度、直径、壁厚等参数均能够根据需求灵活设计，满足了不同生产工艺流程中不同的生产需求，提高资源利用率。较佳的，所述存储管131的材质为304不锈钢或316不锈钢，这两种材质不仅能够满足气体循环过程中所需的承载力，同时经过长时间的工作不易损坏且方便维护，但可以理解的是，所述存储管131的材料并不局限于上述两种，只要满足气体循环过程中所需的承载力即可。

请参阅图2，优选的，所述冷却水进出装置132包括水箱134、进水管135和出水管136，其中，所述存储管131位于所述水箱134内，所述进水管135与所述出水管136分别与所述水箱134连接且位于所述存储管131的两端侧，冷却水自所述进水管135流入所述水箱134，并从所述出水管136流出。由此，所述水箱134包裹着所述存储管131，所述水箱134中的冷却水在流动过程中通过热传递带走多余热量，充分冷却所述存储管131内的气体，螺旋状的所述存储管131能够使气体与冷却水最大面积地进行热传递，提高冷却效率，冷却晶片后气体的上升的温度通过所述冷却水进出装置132得到降低，使气体的温度达到下一次冷却晶片的条件，以此循环使用气体，降低生产成本。

优选的，所述冷却水系统130还包括温控系统133，所述温控系统133能够根据所述冷却水的温度控制所述进水管135的冷却水流量和/或流速。具体的，所述温控系统133包括温度传感器、控制中心、进水管控制阀及出水管控制阀等功能部件，由此，温度传感器能够实时测量冷却水系统130中冷却水的温度，并转换为电信号传递至控制中心，由于冷却水与气体不断的进行热交换，控制中心根据实时的冷却水温度，通过调节进水管控制阀的开关状态控制所述进水管135，以此控制冷却水进入的流量和/或流速，从而达到控制所述水箱134中冷却水的温度，更好的冷却所述存储管131中的气体，方便下次冷却晶片时使用。

优选的，所述进水管135位于所述水箱134下部，所述出水管136位于所述水箱134上部。由此，所述冷却水自位于所述水箱134下部的所述进水管135中进入所述水箱134，流向位于所述水箱134上部的所述出水管136，由于重力的影响，自下方向上方的流动方式中冷却水流速较慢，上述进出水管的设计能够充分的与所述存储管131内的气体进行热交换，保证气体充分冷却至晶片冷却工艺中所需的温度。

优选的，所述输入管110和所述输出管140上均设有一阀门。由此，根据冷却水的温度、所述气体循环单元100管道内的气压、气体的流动速度等生产参数，通过控制所述输入管110和所述输出管140的阀门的拧紧状态即可调节进入所述气体循环单元100的待冷却气体的流量和/或流速，便于后续对冷却后的晶片进行下一道工序。

优选的，所述气体循环单元100还包括过滤器150，所述过滤器150的输入端连接所述存储管131的输出端，所述过滤器150的输出端连接所述输出管140。由此，所述过滤器150能够净化经过所述冷却水系统130后的气体中的杂质，例如水蒸气、灰尘等。较佳的，为了保证经过所述气体循环单元100作用后气体的洁净度，需要定期更换所述过滤器150，具体的操作方法是：监控经过一定循环次数或者时间的气体微粒并记录数据，经过与基准数据的比较，定义所述过滤器150的使用寿命，若所述过滤器150的使用寿命超过一定期限则更换所述过滤器150，保证冷却晶片时的气体洁净度，避免由于气体中的杂质影响晶片的产品质量。

优选的，所述气体循环单元100还包括监控器(图中未示出)，所述监控器设置于所述输入管110和所述输出管140内，以监控气体的流量和/或流速。由此，所述监控器实时测量气体的流量和/或流速，根据实时数据控制所述输入管110和所述输出管140的阀门，使整个气体循环单元100能够稳定高效地运行，保证晶片冷却工艺的顺利进行，同时，在气体的流量和/或流速超过预设值的范围时，所述监控器能够自动报警或停止运行，方便操作工人及时发现故障，并进行维修，避免影响晶片冷却效果。

在本实施例中，所述气体为经过了一定循环次数和/或时间的氦气。在本申请的其他实施例中，所述气体也可以是首次使用的气体。由于氦气的分子量较小，同时热导率较大，适合作为晶片的冷却气体。但可以理解的是，所述气体并不局限于氦气，只要能完成晶片冷却工艺的气体均可，例如其他惰性气体，再结合经济与可实用性选用即可。

请参阅图3，本实施例还提供一种半导体机台10，所述半导体机台10包括预抽真空腔200(是上述工作腔的具体应用例)及如上述的气体循环单元100，所述气体循环单元100的输入管110和输出管140分别设置于所述预抽真空腔200上。较佳的，所述预抽真空腔200上还设有进气阀门210与排气阀门220，根据定义合理的气体循环利用时间、新流入气体量与循环利用的气体量比例等工艺参数，控制所述进气阀门210、排气阀门220、所述输入管110和所述输出管140的阀门的拧紧程度，即可调节晶片在所述半导体机台10完成冷却工艺。具体地说，晶片进行冷却时，打开所述进气阀门210、所述输入管110和所述输出管140的阀门，同时关闭所述排气阀门220，使得所述气体循环单元100中循环利用的气体和新补充的气体一起进入到所述预抽真空腔200中冷却晶片，待晶片冷却达到工艺所需温度时，关闭所述进气阀门210、所述输入管110和所述输出管140的阀门，同时打开所述排气阀门220，以此排出预抽真空腔200内不能够直接再进行循环利用的冷却气体。其中，为了得到合理的新流入气体量与循环利用的气体量比例等工艺参数，保证晶片的冷却效果而设计了恶化实验，通过测试晶片的降温速率来确定每次新流入的冷却气体量与循环利用气体量的比例，达到既保证晶片冷却效果又节约成本的目的。

综上所述，在本实用新型提供的气体循环单元及半导体机台中，具有如下优点：

本实用新型提供气体循环单元工作时，气体在工作腔中完成晶片冷却后自输入管进入气体循环单元中，依次经过压缩机处理，提高气体的压力和速度，使气体连续流动，然后缓慢经过存储管，存储管在所述冷却水装置中进行冷却，冷却后的气体通过所述输出管输送至工作腔再次使用，以此达到冷却气体循环利用的目的，杜绝了现有技术中冷却气体经过晶片后直接被抽走造成的巨大浪费，节约能源，降低生产成本。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种气体循环单元，其特征在于，所述气体循环单元包括：

输入管和输出管，所述输入管和所述输出管分别设置于一工作腔上；

压缩机，所述压缩机的输入端连接所述输入管；

冷却水系统，所述冷却水系统包括存储管以及冷却水进出装置，所述存储管连接所述压缩机的输出端，所述冷却水进出装置包裹所述存储管，所述存储管为螺旋状管体；

其中，气体沿所述输入管、所述压缩机、所述存储管以及所述输出管循环流动。

2.如权利要求1所述的气体循环单元，其特征在于，所述冷却水进出装置包括水箱、进水管和出水管，所述存储管位于所述水箱内，所述进水管与所述出水管分别与所述水箱连接且位于所述存储管的两端侧，冷却水自所述进水管流入所述水箱，并从所述出水管流出。

3.如权利要求2所述的气体循环单元，其特征在于，所述冷却水系统还包括温控系统，所述温控系统能够根据所述冷却水的温度控制所述进水管的冷却水流量和/或流速。

4.如权利要求2所述的气体循环单元，其特征在于，所述进水管位于所述水箱下部，所述出水管位于所述水箱上部。

5.如权利要求1所述的气体循环单元，其特征在于，所述输入管和所述输出管上均设有一阀门。

6.如权利要求1所述的气体循环单元，其特征在于，所述气体循环单元还包括过滤器，所述过滤器的输入端连接所述存储管的输出端，所述过滤器的输出端连接所述输出管。

7.如权利要求1所述的气体循环单元，其特征在于，所述气体循环单元还包括监控器，所述监控器设置于所述输入管和所述输出管内，以监控气体的流量和/或流速。

8.如权利要求1～7中任一项所述的气体循环单元，其特征在于，所述气体为经过了一定循环次数和/或时间的氦气。

9.一种半导体机台，其特征在于，所述半导体机台包括预抽真空腔及如权利要求1～8中任一项所述的气体循环单元，所述气体循环单元的输入管和输出管分别设置于所述预抽真空腔上。