CN218860873U - 半导体工艺设备及其散热装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种半导体工艺设备的散热装置，用于对半导体工艺设备的加热模块进行调温，散热装置包括风机、第一通风支路、第二通风支路和调节阀；第一通风支路和第二通风支路并联在风机的入风口和风机的出风口之间；第一通风支路用于连接加热模块；第一通风支路和第二通风支路的至少一者设有调节阀，且调节阀用于调节第一通风支路输送的换热气体和第二通风支路输送的换热气体的流量比例。本申请还公开一种半导体工艺设备。上述方案能够解决相关技术涉及的散热装置存在无法较为精确地调节散热力度的问题。

Description

半导体工艺设备及其散热装置

技术领域

本申请属于半导体工艺设备设计技术领域，具体涉及一种半导体工艺设备及其散热装置。

背景技术

化学气相沉积外延生长是将反应气体输送到工艺腔室，通过加热等方式，使之反应，生长原子沉积在衬底上，长出单晶层。

工艺腔室采用位于工艺腔室上方的加热模块实现加热，加热模块包括加热灯管，且位于工艺腔室上方的加热模块与工艺腔室是隔离的，加热模块中的加热灯管发出红外光照射到工艺腔室内的托盘上，使托盘温度达到工艺温度。由于工艺温度在1000℃-1200℃范围，在加热过程中，加热灯管会持续的发热，加热灯管的石英罩、反射板的温度会升高。

相关技术使用风机将风吹出，进入加热模块，吹扫内部的高温部件，将部件的热量带出，并循环上述过程实现降温。由于加热灯管的发光原理为卤钨循环原理，加热灯管的石英罩的温度必须维持在600℃-800℃，风机的频率越高，石英罩的温度越低，在石英罩的温度低于600℃时，会造成钨在石英罩上的冷凝，降低加热灯管的使用寿命。当风机频率过低时，石英罩的温度高于800℃，则容易造成石英罩变形而损坏，为了维持加热灯管的正常工作温度，需要不断调节风机的频率，不容易准确地控制加热灯管处于正常工作温度，导致加热灯管的使用寿命大幅度缩短。

同时，风机在低频时，其内部建立的旋转磁场不规范，所以容易发热。且由于风机位于风道内，风机自身的散热依靠内部风的循环冷却，当风机的频率较低时，风循环流量变小而导致风机自身的散热能力变差，长期使用风机自身会过热，加速绝缘老化，风机的使用寿命也会缩短。

实用新型内容

本实用新型公开一种半导体工艺设备及其散热装置，以解决相关技术中涉及的散热装置无法较为准确地调节散热力度的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

第一方面，本申请实施例公开一种半导体工艺设备的散热装置，所公开的散热装置用于对加热模块进行调温，包括风机、第一通风支路、第二通风支路和调节阀；所述第一通风支路和所述第二通风支路并联在所述风机的入风口和所述风机的出风口之间；所述第一通风支路用于连接所述加热模块，以使所述第一通风支路输送的换热气体穿过所述加热模块；所述第一通风支路和所述第二通风支路中的至少一者设有调节阀，且所述调节阀用于调节所述第一通风支路输送的换热气体和所述第二通风支路输送的换热气体的流量比例。

第二方面，本申请实施例公开一种半导体工艺设备，所公开的半导体工艺设备包括工艺腔室、设于所述工艺腔室之外的加热模块，和上文所述的散热装置。

本实用新型采用的技术方案能够达到以下技术效果：

本申请实施例公开的半导体工艺设备的散热装置，通过对相关技术的散热装置的结构进行改进，通过增设第二通风支路和调节阀，使得调节阀能够对进入第一通风支路和第二通风支路的换热气体的流量比例进行调节，从而通过调整流量比例，进而能够对进入加热模块内的换热气体的流量进行较为精确的分配，从而能够适应对不同温度下的加热模块进行散热，进而使得对加热模块的温度调节更加精准的同时，不必时刻调整风机的运转频率，避免降低加热模块和风机的使用寿命，最终实现散热装置具备较为精确的散热力度调节能力，达到精准调温的目的，同时还能够延长风机和加热模块的使用寿命。

附图说明

图1是本申请实施例公开的半导体工艺设备的散热装置的结构示意图；

图2是安装于第二通风支路上的调节阀在阀板处在全部关闭状态下的结构示意图；

图3是安装于第二通风支路上调节阀在阀板处在部分打开状态下的结构示意图；

图4是本申请实施例公开的一种半导体工艺设备的散热装置的结构示意图；

图5是本申请实施例公开的另一种半导体工艺设备的散热装置的结构示意图；

图6是本申请实施例公开的半导体工艺设备的结构示意图；

图7是本申请实施例公开的加热模块的结构示意图。

附图标记说明：

100-加热模块、110-加热灯管、120-反射板、130-模块壳体；

101-第一直角弯管段、102-第二直角弯管段、103-第一直线管段、104-第二直线管段、105-第三直线管段；

200-风机；

300-第一通风支路、400-第二通风支路；

500-调节阀、510-电机、520-连接杆、530-阀板；

600-温度检测模块；

700-控制器；

800-热交换器；

900-工艺腔室、910-托盘。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型各个实施例公开的技术方案。

请参考图1至图7，本申请实施例公开一种半导体工艺设备的散热装置，所公开的半导体工艺设备的散热装置用于对半导体工艺设备的加热模块100进行调温。加热模块100用于对半导体工艺设备的工艺腔室900进行加热，以使得工艺腔室900内的温度满足工艺要求。本申请对加热模块100不做限定，可选地，加热模块100可以包括加热灯管110。

本申请实施例公开的半导体工艺设备的散热装置包括风机200、第一通风支路300、第二通风支路400和调节阀500。

第一通风支路300和第二通风支路400并联在风机200的入风口和风机200的出风口之间，即，第一通风支路300的入口端和第二通风支路400的入口端并联在风机200的出风口，第一通风支路300的出口端和第二通风支路400的出口端并联在风机200的入风口。在风机200工作时，换热气体从风机200的出风口吹出，接着同时进入第一通风支路300和第二通风支路400，换热气体分成的两股气流(两小股换热气体)在分别通过第一通风支路300和第二通风支路400后，到达风机200的入风口，然后进入风机200。在风机200的驱动下，会再次从风机200的出风口排出，从而进行下一散热循环，从而实现换热气体在散热装置内的循环散热工作。

第一通风支路300用于连接加热模块100，风机200吹出的换热气体能够通过第一通风支路300输送至加热模块100，以使第一通风支路300输送的换热气体(即风机200吹出的换热气体的一股)穿过加热模块100，流经加热模块100的换热气体会与加热模块100进行热交换，并将加热模块100产出的热量带走，从而实现对加热模块100进行散热的目的，即达到对加热模块100进行温度调节的目的。

当然，风机200吹出的换热气体的另一股会进入到第二通风支路400，而最终回流到风机200的入风口，并不会参与对加热模块100的散热。

在本申请实施例中，第一通风支路300和第二通风支路400中的至少一者设有调节阀500，也就是说，可以仅第一通风支路300设置有调节阀500，也可以仅第二通风支路400设置有调节阀500，还可以是第一通风支路300和第二通风支路400均设置有调节阀500。

当然，在第一通风支路300和第二通风支路400均设置有调节阀500的情况下，设于第一通风支路300上的调节阀500和设于第二通风支路400上的调节阀500需要相互配合，以共同调节第一通风支路300输送的换热气体和第二通风支路400输送的换热气体的流量比例。与此同时，在此种情况下，假如第一通风支路300和第二通风支路400中的一者上的调节阀500发生故障，另一者上的调节阀500仍可保证流量比例的调节工作。可见，此种结构设计，无疑能够增强散热装置的工作稳定性和抗风险性。

调节阀500用于调节第一通风支路300输送的换热气体和第二通风支路400输送的换热气体的流量比例，调节阀500可以通过调节第一通风支路300输送的换热气体和第二通风支路400输送的换热气体的流量比例，来调节流经加热模块100的换热气体的流量。加热模块100的温度因工作时间不同其温度存在一些差异，不同温度的加热模块100对换热气体的流量的需求也不一样，风机200工作时同时将换热气体送至第一通风支路300和第二通风支路400，使用调节阀500调整所述流量比例，进而实现对不同温度下的加热模块100进行适应性地调温。

需要说明的是，本申请实施例涉及的散热装置中，加热模块100在不同的温度下所需的流经其本身的换热气体的流量可以通过实验得知，也可以通过已知的计算模型通过计算得知，换句话说，本文中加热模块100的温度与调节阀500调节的流量比例之间的对应关系，可以通过实验得知，也可以通过已知的计算模型通过计算得知，本申请实施例不作限制。

在具体的工作过程中，风机200输出换热气体通过风机200的出风口输送到第一通风支路300和第二通风支路400中，经由安装在第一通风支路300和/或第二通风支路400上调节阀500调节后，换热气体以不同的流量比例输送到第一通风支路300和第二通风支路400，通过第一通风支路300的换热气体穿过加热模块100和通过第二通风支路400的换热气体汇集到风机200的入风口，然后又进入风机200中，循环上述过程，对加热模块100进行温度调节。

本申请实施例公开的半导体工艺设备的散热装置，通过对相关技术的散热装置的结构进行改进，通过增设第二通风支路400和调节阀500，使得调节阀500能够对进入第一通风支路300和第二通风支路400的换热气体的流量比例进行调节，从而通过调整流量比例，进而能够对进入加热模块100内的换热气体的流量进行较为精确的分配，从而能够适应对不同温度下的加热模块100进行散热，进而使得对加热模块100的温度调节更加精准的同时，不必时刻调整风机200的运转频率，避免降低加热模块100和风机200的使用寿命，最终实现散热装置具备较为精确的散热力度调节能力，达到精准调温的目的，同时还能够延长风机200和加热模块100的使用寿命。

由于第一通风支路300和第二通风支路400并联设置，调节阀500可以为常规的流量阀，通过对流经第一通风支路300或第二通风支路400的换热气体的流量进行直接调节，从而间接达到调节流量比例的目的。当然，调节阀500也可以为常规开关阀。本申请实施例不限制调节阀500的具体种类。

如上文所述，第一通风支路300和第二通风支路400中的至少一者设有调节阀500，考虑到散热装置的结构的简洁，调节阀500可以仅设置在第一通风支路300或第二通风支路400上，即可达到流量比例调节的目的。当然，调节阀500不论设置在第一通风支路300上，还是设置在第二通风支路400上，都可以实现流量比例调节的目的。在此种情况下，调节阀500和加热模块100可以均设置在第一通风支路300上(此时，第二通风支路400不设置调节阀500)，也可以均设置在第二通风支路400上(此时，第一通风支路300不设置调节阀500)。

考虑到第一通风支路300连接有加热模块100，相对第二通风支路400而言，第一通风支路300的布局比较拥挤，调节阀500设置在第一通风支路300上可能存在不容易安装的问题。基于此，在较为优选的技术方案中，调节阀500可以设于第二通风支路400上，换句话说，仅第二通风支路400设置有调节阀500，第一通风支路300不设置调节阀500。第一通风支路300与加热模块100连接，将调节阀500设置在第二通风支路400上，能够避免都设置在第一通风支路300上而存在的布局拥挤问题，也能够解决不易安装调节阀500的问题。

在具体的工作过程中，可以检测加热模块100的实际温度，操作人员可以根据温度手动操控调节阀500，从而实现流量比例的调节。

为实现智能控制，避免手动操控调节阀500带来的不便，本申请实施例公开的散热装置还可以包括温度检测模块600和控制器700，控制器700分别与调节阀500和温度检测模块600相连，温度检测模块600用于检测加热模块100的实际温度，控制器700用于根据实际温度，控制调节阀500切换至与所述实际温度相匹配的开度，使得针对不同温度下的加热模块100进行适应性调温。

如上文所述，调节阀500的种类可以有多种。请参考图2和图3，一种可选的方案中，调节阀500可以包括电机510、连接杆520和阀板530，电机510安装于第一通风支路300或第二通风支路400，连接杆520穿过第一通风支路300或第二通风支路400，且与阀板530相连，阀板530设于第一通风支路300或第二通风支路400之内，电机510通过连接杆520驱动阀板530转动，以调节调节阀500的开度。具体的，连接杆520可以分别与电机510和阀板530固定连接。此种结构的调节阀500无需配置阀体，通过阀板530与第一通风支路300或第二通风支路400的直接配合。第一通风支路300或第二通风支路400可以作为阀体，通过与阀板530的配合，实现流通面积的调节，最终达到调剂流量的目的。

当然，在散热装置包括控制器700的情况下，控制器700与电机510相连，通过控制电机510转动，达到控制调节阀500的开度的目的。

在本申请实施例公开的散热装置中，构成第一通风支路300和第二通风支路400的具体结构有多种。请参考图4，本申请实施例公开的一种散热装置可以包括第一直角弯管段101、第二直角弯管段102、第一直线管段103、第二直线管段104和第三直线管段105。

第一直角弯管段101的第一端口与风机200的入风口连通；第二直角弯管段102的第一端口与风机200的出风口连通。如图1所示，换热气体由风机200的出风口流至第二直角弯管段102的具体流动方向可以是尾线为虚线的线条箭头所指示的方向，换热气体由第一直角弯管段101流至风机200的入风口的具体流动方向可以是尾线为虚线的线条箭头所指示的方向。

第一直角弯管段101的第二端口与第一直线管段103的第一端口连通，第一直线管段103的第二端口用于与加热模块100的出气口连通。第二直角弯管段102的第二端口与第二直线管段104的第一端口连通，第二直线管段104的第二端口用于与加热模块100的进气口连通。

第一直线管段103与第二直线管段104相平行，第三直线管段105的第一端口连接于第一直线管段103的两端之间，第三直线管段105的第二端口连接于第二直线管段104的两端之间。

在此种情况下，第三直线管段105作为第二通风支路400。部分第一直线管段103和部分第二直线管段104构成第一通风支路300。如图1所示，第一通风支路300中换热气体的具体流动方向可以是尾线为虚线的实心箭头所指示的方向，第二通风支路400中换热气体的具体流动方向为尾线是实线的实心箭头所指示的方向。

此种散热装置通过第一直角弯管段101和第二直角弯管段102来形成送风机构的部分结构，有利于约束尺寸，进而较有利于散热装置的小型化设计。

在进一步优选的方案中，第三直线管段105可以分别与第一直线管段103和第二直线管段104固定相连，以形成第一管段模块。此种装配方式有利于使得一些管段形成模块化结构，进而方便散热装置的装配。具体的，第三直线管段105、第一直线管段103和第二直线管段104可以为一体式结构。

请参考图5，本申请实施例公开另一种散热装置，所公开的散热装置包括第一直角弯管段101、第二直角弯管段102、第一直线管段103、第二直线管段104和第三直线管段105。

第一直角弯管段101的第一端口与风机200的入风口连通；第二直角弯管段102的第一端口与风机200的出风口连通。

第一直角弯管段101的第二端口与第一直线管段103的第一端口连通，第一直线管段103的第二端口用于与加热模块100的出气口连通；第二直角弯管段102的第二端口与第二直线管段104的第一端口连通，第二直线管段104的第二端口用于与加热模块100的进气口连通。

第一直线管段103与第二直线管段104相平行，第三直线管段105的第一端口连接于第一直角弯管段101的两端之间，第三直线管段105的第二端口连接于第二直角弯管段102的两端之间；在此种情况下，第三直线管段105作为第二通风支路400；部分第一直角弯管段101、第一直线管段103、部分第二直角弯管段102和第二直线管段104构成第一通风支路300。

此种散热装置通过第一直角弯管段101和第二直角弯管段102来形成送风机构的部分结构，有利于约束尺寸，进而较有利于散热装置的小型化设计。

在进一步的优选方案中，第三直线管段105可以分别与第一直角弯管段101和第二直角弯管段102固定相连，以形成第二管段模块。此种装配方式有利于使得一些管段形成模块化结构，进而方便散热装置的装配。具体的，第三直线管段105、第一直角弯管段101和第二直角弯管段102可以为一体式结构。

请参考图4或图5，本申请实施例公开的散热装置还可以包括热交换器800。热交换器800邻近风机200的入风口设置。热交换器800用于与即将进入到入风口的换热气体换热。在经过热交换器800换热后的换热气体的温度更低，更有利于在散热循环中对加热模块100实施更为有效的调温。

具体的，热交换器800可以是水冷热交换器。当然，还可以为通过其它种类的冷媒(冷却油)实施热交换的热交换器，本申请实施例不作限制。

基于本申请实施例公开的散热装置，本申请实施例进一步公开一种半导体工艺设备，如图6所示，所公开的半导体工艺设备包括工艺腔室900、设于所述工艺腔室900之外的加热模块100和上文实施例中任一项所述的散热装置。在较为优选的方案中，工艺腔室900可以设于加热模块100的下方，从而能够使得加热模块100得到工艺腔室900的支撑，进而避免专门再为加热模块100设置安装基础(例如安装支架)，这有利于简化半导体工艺设备的结构。

一种可选的方案中，请参考图7，加热模块100可以包括模块壳体130以及设于模块壳体130内的加热灯管110和反射板120，模块壳体130设有出气口和进气口，即加热模块100的出气口和进气口。

加热灯管110和反射板120可以按照预设的分布方式固定在模块壳体130的内部，例如，反射板120可以设于模块壳体130的中心，加热灯管110可以是多个，且多个加热灯管110围绕反射板120等距设置，有利于均匀加热。

加热模块100的上方可以设置测温系统，测温系统用以检测工艺腔室900内的工艺温度；加热灯管110发出红外光照射到工艺腔室900内的托盘910上，使托盘910温度达到工艺温度；反射板120用于对加热灯管110发出的红外光进行遮挡和反射，防止加热灯管110的红外光从反射板120的中心向上照射到测温系统而影响测温系统的读数，最终能保证测温系统的精确度。

可选的，加热模块100的进气口和出气口可以设置在模块壳体130的同一侧壁，进而方便与第一通风支路300连接。在图4或图5所示的实施例中，进气口可以连接第二直线管段104，出气口可以连接第一直线管段103。换热气体从第二直线管段104经由进气口流入加热模块100，换热气体如图7中箭头所指示的方向流动，然后经由出气口流入第一直线管段103。

本申请实施例公开的半导体工艺设备可以是外延生长设备，还可以为其它种类的具备上文所述的加热模块100和散热装置的半导体工艺设备，本申请实施例不作限制。

本实用新型上文实施例中重点描述的是各个实施例的不同，各个实施例的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。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种半导体工艺设备的散热装置，用于对所述半导体工艺设备的加热模块(100)进行调温，其特征在于，所述散热装置包括风机(200)、第一通风支路(300)、第二通风支路(400)和调节阀(500)；

所述第一通风支路(300)和所述第二通风支路(400)并联在所述风机(200)的入风口和所述风机(200)的出风口之间；

所述第一通风支路(300)用于连接所述加热模块(100)，以使所述第一通风支路(300)输送的换热气体穿过所述加热模块(100)；

所述第一通风支路(300)和所述第二通风支路(400)中的至少一者设有所述调节阀(500)，且所述调节阀(500)用于调节所述第一通风支路(300)输送的换热气体和所述第二通风支路(400)输送的换热气体的流量比例。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述调节阀(500)设于所述第二通风支路(400)上。

3.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置包括温度检测模块(600)和控制器(700)，所述控制器(700)分别与所述调节阀(500)和温度检测模块(600)相连，所述温度检测模块(600)用于检测所述加热模块(100)的实际温度，所述控制器(700)用于根据所述实际温度，控制所述调节阀(500)切换至与所述实际温度相匹配的开度。

4.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述调节阀(500)包括电机(510)、连接杆(520)和阀板(530)，所述电机(510)安装于所述第一通风支路(300)或所述第二通风支路(400)，所述连接杆(520)穿过所述第一通风支路(300)或所述第二通风支路(400)，且与所述阀板(530)相连，所述阀板(530)设于所述第一通风支路(300)或所述第二通风支路(400)之内，所述电机(510)通过所述连接杆(520)驱动所述阀板(530)转动，以调节所述调节阀(500)的开度。

5.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置包括第一直角弯管段(101)、第二直角弯管段(102)、第一直线管段(103)、第二直线管段(104)和第三直线管段(105)；

所述第一直角弯管段(101)的第一端口与所述风机(200)的所述入风口连通；所述第二直角弯管段(102)的第一端口与所述风机(200)的所述出风口连通；

所述第一直角弯管段(101)的第二端口与所述第一直线管段(103)的第一端口连通，所述第一直线管段(103)的第二端口用于与所述加热模块(100)的出气口连通；所述第二直角弯管段(102)的第二端口与所述第二直线管段(104)的第一端口连通，所述第二直线管段(104)的第二端口用于与所述加热模块(100)的进气口连通；

所述第一直线管段(103)与所述第二直线管段(104)相平行，所述第三直线管段(105)的第一端口连接于所述第一直线管段(103)的两端之间，所述第三直线管段(105)的第二端口连接于所述第二直线管段(104)的两端之间；

所述第三直线管段(105)作为所述第二通风支路(400)；

部分所述第一直线管段(103)和部分所述第二直线管段(104)构成所述第一通风支路(300)。

6.根据权利要求5所述的散热装置，其特征在于，所述第三直线管段(105)分别与所述第一直线管段(103)和所述第二直线管段(104)固定相连，以形成第一管段模块。

7.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置包括第一直角弯管段(101)、第二直角弯管段(102)、第一直线管段(103)、第二直线管段(104)和第三直线管段(105)；

所述第一直角弯管段(101)的第一端口与所述风机(200)的所述入风口连通；所述第二直角弯管段(102)的第一端口与所述风机(200)的所述出风口连通；

所述第一直角弯管段(101)的第二端口与所述第一直线管段(103)的第一端口连通，所述第一直线管段(103)的第二端口用于与所述加热模块(100)的出气口连通；所述第二直角弯管段(102)的第二端口与所述第二直线管段(104)的第一端口连通，所述第二直线管段(104)的第二端口用于与所述加热模块(100)的进气口连通；

所述第一直线管段(103)与所述第二直线管段(104)相平行，所述第三直线管段(105)的第一端口连接于所述第一直角弯管段(101)的两端之间，所述第三直线管段(105)的第二端口连接于所述第二直角弯管段(102)的两端之间；

所述第三直线管段(105)作为所述第二通风支路(400)；

部分所述第一直角弯管段(101)、所述第一直线管段(103)、部分所述第二直角弯管段(102)和所述第二直线管段(104)构成所述第一通风支路(300)。

8.根据权利要求7所述的散热装置，其特征在于，所述第三直线管段(105)分别与所述第一直角弯管段(101)和所述第二直角弯管段(102)固定相连，以形成第二管段模块。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括热交换器(800)，所述热交换器(800)邻近所述风机(200)的所述入风口设置，所述热交换器(800)用于与进入所述入风口的换热气体换热。

10.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括：

工艺腔室(900)，

设于所述工艺腔室(900)之外的加热模块(100)，以及，

权利要求1至9中任一项所述的散热装置。

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