CN111023650B - 冷却装置以及冷却系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷却装置，包括：腔室；位于所述腔室内的相对设置的两个中空设置的冷却盘，用于对位于两个所述冷却盘之间的待冷却件进行冷却；每个所述冷却盘设置有与外部冷却水供给结构连通的冷却水进口以及与外部冷却水回收结构连通的冷却水出口；用于支撑待冷却件的支撑结构，所述支撑结构设置于所述腔室的侧壁上，且所述支撑结构位于两个所述冷却盘之间；调节结构，用于控制至少一个所述冷却盘移动以使得两个所述冷却盘与待冷却件之间的距离相等。本发明还涉及一种冷却系统。
Description
技术领域
本发明涉及冷却技术领域，尤其涉及一种冷却装置及冷却系统。
背景技术
高温制程是半导体制造工艺中不可或缺的重要组成。而高温制程的存在，对半导体加工设备提出了更高的要求。高温硅片被放入腔室内时，温度大概在300℃～400℃之间。主要的冷却方式是依赖背面的金属板来冷却和正面的N2气体氛围冷却。在冷却过程中，硅片背面靠近金属冷却板，金属比热容小，硅片背面冷却速度快；硅片正面主要靠N2传热冷却，气体比热容大，硅片正面冷却速度慢。这就导致高温硅片的正面和背面存在温度差异，这些温度差会导致硅片内部应力不均匀，产生表面缺陷，严重时硅片出现变形，发生“内凹”或者“外凸”等现象。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种冷却装置及冷却系统，解决硅片的两面冷却不均产生缺陷甚至变形的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种冷却装置，包括：
腔室；
位于所述腔室内的相对设置的两个中空结构的冷却盘，用于对位于两个所述冷却盘之间的待冷却件进行冷却；每个所述冷却盘设置有与外部冷却水供给结构连通的冷却水进口以及与外部冷却水回收结构连通的冷却水出口；
用于支撑待冷却件的支撑结构，所述支撑结构设置于所述腔室的侧壁上，且所述支撑结构位于两个所述冷却盘之间；
调节结构，用于控制至少一个所述冷却盘移动以使得两个所述冷却盘与待冷却件之间的距离相等。
可选的，还包括分别与两个所述冷却盘的所述冷却水进口连通的第一进水管道和第二进水管道，所述第一进水管道和所述第二进水管道连接同一冷却水供给结构。
可选的，还包括分别与两个所述冷却盘的所述冷却水进口连通的第一进水管道和第二进水管道，所述第二进水管道的一端连接于相应的所述冷却盘的冷却水进口，所述第二进水管道的另一端与所述第一进水管道的侧壁上的通孔连通。
可选的，所述调节结构包括独立控制两个所述冷却盘移动的驱动部，以及与相应的所述冷却盘连接的传动部，所述驱动部通过所述传动部的传动以控制相应的所述冷却盘向靠近或远离另一个所述冷却盘的方向移动。
可选的，每个所述冷却盘与待冷却件之间的距离为2mm-5mm。
可选的，所述支撑结构包括位于所述腔室的至少两个相对的侧壁上的支撑部，所述支撑部倾斜设置于相应的所述侧壁上。
可选的，所述腔室的第一侧壁上还设置有冷却气体入口，所述腔室的与所述第一侧壁相对的第二侧壁上设置有冷却气体出口。
可选的，还包括温度传感器和气体冷却结构，所述温度传感器设置于所述腔室的内侧壁上，所述气体冷却结构的一侧通过管道与冷却气体供给结构连通，所述气体冷却结构的另一侧通过管道与所述冷却气体入口连通，所述气体冷却结构用于根据所述温度传感器的信号调节输入所述腔室内部的冷却气体的温度和/或冷却气体的流速和/或冷却气体的流量以使得所述腔室内的温度保持在预设范围内。
本发明还提供一种冷却系统，包括上述的冷却装置，还包括冷却水供给结构、冷却水回收结构、冷却气体供给结构以及冷却气体回收结构。
本发明的有益效果是：通过两个冷却盘对位于两个冷却盘之间的待冷却件进行冷却，保证待冷却件的两个表面的温度均匀。
附图说明
图1表示相关技术中半导体加工设备示意图；
图2表示相关技术中冷却装置的结构示意图；
图3表示本发明实施例中的冷却装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为常见的一种用于高温工艺的半导体加工设备。该半导体设备结构如下：硅片装卸台(Loadport)01，大气机械手运载模块(AMT robot module)02，硅片传送腔室(Loadlock)03，缓冲腔室(Buffer robot chamber)04和高温反应腔室(Chamber A/B/C)05。
使用该半导体加工设备生产硅片的流程如下：大气机械手将硅片装卸台01上硅片取下，放入传送腔室03上层(图2中表示出了放入传送腔室上层的第一硅片20)。缓冲腔室04的机械手进行接力，将传送腔室03内的硅片取下，放入到高温反应腔室05内。完成高温反应后，缓冲腔室04内的机械手将高温反应腔室05内的硅片取出，放到传送腔室03的下层(图2中表示出了放入传送腔室下层的第二硅片10)，进行冷却降温后，再用大气机械手取出，放回装卸台。
而在高温硅片被放入到传送腔室后，不可避免的存在两个问题：
1.高温硅片正面和背面温度不一致的问题：
如图2所示，传送腔室03主要由腔室壁，硅片倾斜支撑结构07，冷却金属板06以及供气口031、排气口032和冷却水系统(包括进水口08和出水口09)组成。高温硅片被放入传送腔室内时，温度大概在300℃～400℃之间。主要的冷却方式是依赖背面的金属板06来冷却和正面的N2气体氛围冷却。在冷却过程中，硅片背面靠近金属冷却板，金属比热容小，硅片背面冷却速度快；硅片正面主要靠N2传热冷却，气体比热容大，硅片正面冷却速度慢。这就导致高温硅片的正面和背面存在温度差异，这些温度差会导致硅片内部应力不均匀，产生表面缺陷，严重时硅片出现变形，发生“内凹”或者“外凸”等现象。
2.高温硅片在传送腔体内的冷却时间过长问题：
高温硅片需要在传送腔体内降温到某一设定温度后，才能从传送腔体内取出。在传送腔体内的冷却速度直接影响到半导体加工设备的产能。如何提高冷却速度，缩短冷却时间，会半导体加工设备的生产效率至关重要。
针对硅片的两面冷却不均的问题，以及硅片冷却速度慢的问题，本实施例提供一种冷却装置，通过位于待冷却件两面的冷却盘对待冷却件进行冷却，防止待冷却件两面的冷却不均，并且可快速的将待冷却件冷却至预设温度，提高产能。
需要说明的是，本实施例的冷却装置可应用于对硅片的冷却，对并不限于对硅片的冷却。
具体的，本实施例提供一种冷却装置，如图3所示，包括：
腔室1；
位于所述腔室1内的相对设置的两个中空设置的冷却盘2，用于对位于两个所述冷却盘2之间的待冷却件100进行冷却；每个所述冷却盘2设置有与外部冷却水供给结构连通的冷却水进口以及与外部冷却水回收结构连通的冷却水出口；
用于支撑待冷却件100的支撑结构，所述支撑结构设置于所述腔室1的侧壁上，且所述支撑结构位于两个所述冷却盘2之间；
调节结构，用于控制至少一个所述冷却盘2移动以使得两个所述冷却盘2与待冷却件100之间的距离相等。
本实施例的所述冷却装置应用于对硅片的冷却时，所述腔室1为半导体设备中的传送腔室1，双层冷却盘2的设置可以通过相同的冷却介质同时对待冷却件100的两个相背设置的表面进行冷却，避免由于冷却介质不同造成的待冷却件100的两面的温度不均，且相对于待冷却件100一面采用冷却较慢的N2气体冷却，一面采用冷却较快的冷却盘2进行冷却，本实施例中采用双层冷却盘2进行冷却，还缩短了硅片的冷却时间。高温硅片需要在传送腔室1内完成冷却流程，在温度降低到某个设定值后，才算完成冷却。双层金属冷却盘2的设计，增加了硅片正面的冷却速度，缩短了到达某个设定值的冷却时间。
本实施例中，所述冷却盘2为金属制成的金属冷却盘2。
为了保证两个所述冷却盘2的温度相同，而有效的保证待冷却件100的相背的两面的温度均匀，需要保证进入两个所述冷却盘2的冷却水的温度相同，而使得进入两个所述冷却盘2的的冷却水的温度相同的结构方式有多种，以下介绍本实施例中采用的两种具体实施方式。
本实施例的一具体实施方式中，所述冷却装置还包括分别与两个所述冷却盘2的所述冷却水进口连通的第一进水管道3和第二进水管道4，所述第一进水管道3和所述第二进水管道4连接同一冷却水供给结构。
为了保证冷却水的供给，所述第一进水管道3和所述第二进水管道4也可以采用不同的冷却水供给结构，那么为了保证进入两个所述冷却盘2内的冷却水的温度相同，则需要增设温度传感器7和温度调节器，温度传感器7和温度调节器可以设置在所述第一进水管道3和所述第二进水管道4上，也可以设置在冷却水供给结构内，通过温度传感器7的信号温度调节器调节进入每个所述冷却盘2的冷却水的温度，使得进入两个所述冷却盘2的冷却水的温度相同。
本实施例的另一具体实施方式中，还包括分别与两个所述冷却盘2的所述冷却水进口连通的第一进水管道3和第二进水管道4，所述第二进水管道4的一端连接于相应的所述冷却盘2的冷却水进口，所述第二进水管道4的另一端与所述第一进水管道3的侧壁上的通孔连通，如图3所示。
本实施例中，所述调节结构包括独立控制两个所述冷却盘2移动的驱动部，以及与相应的所述冷却盘2连接的传动部，所述驱动部通过所述传动部的传动以控制相应的所述冷却盘2向靠近或远离另一个所述冷却盘2的方向移动。
通过驱动部对两个所述冷却盘2的独立驱动，可以灵活的控制每个冷却盘2与待冷却件100之间的距离，使得两个所述冷却盘2与待冷却件100之间的距离相同，且保证每个所述冷却盘2与待冷却件100之间的距离为最佳距离，且每个所述冷却盘2不能与待冷却件100接触。
待冷却件100为硅片时，当高温硅片在传送腔室1内通过热传导的方式散热时，由于硅片正面和背面距离金属冷却盘2的距离相等，硅片正面和背面的降温速度相等，有效的防止因硅片正面和背面温度不均匀现象，从而减小硅片内应力，从而避免因温度不均匀引起的缺陷和变形问题。
本实施例中，每个所述冷却盘2与待冷却件100之间的距离为2mm-5mm，但并不以此为限。
本实施例中，所述支撑结构包括位于所述腔室1的至少两个相对的侧壁上的支撑部5，所述支撑部5倾斜设置于相应的所述侧壁上。
所述支撑部5倾斜设置减小了待冷却件100与支撑部5之间的接触面积，保证了待冷却件100的冷却效果。
本实施例中，所述腔室1的第一侧壁上还设置有冷却气体入口，所述腔室1的与所述第一侧壁相对的第二侧壁上设置有冷却气体出口。
本实施例中，所述冷却装置还包括温度传感器7和气体冷却结构6，所述温度传感器7设置于所述腔室1的内侧壁上，所述气体冷却结构6的一侧通过管道与冷却气体供给结构连通，所述气体冷却结构的另一侧通过管道与所述冷却气体入口连通，所述气体冷却结构6用于根据所述温度传感器7的信号调节输入所述腔室1内部的冷却气体的温度以使得所述腔室1内的温度保持在预设范围内。
本实施例中，所述冷却气体为N2，但并不以此为限。
本实施例中，所述气体冷却结构6设置恒定的温度，一般在15℃～21℃之间。
优选的，所述气体冷却结构6设定的进入所述腔室1内的冷却气体的温度与进入所述冷却盘2的冷却水温度相同，保证同一时间点，待冷却件100的上表面的冷却速度与待冷却件100的下表面的冷却速度一致。避免出现因待冷却件100的上表面、下表面的冷却速度不一致，导致的待冷却件100的内应力不均匀，甚至是变形等现象。
在冷却装置应用于对硅片的冷却时，待冷却件100为硅片，N2由厂务供气端首先供应到气体冷却结构6。N2通过气体冷却结构6后保持稳定的温度，然后通入传送腔室1，保持传送腔室1维持恒定的温度。当高温的硅片放置在传送腔室1内，传送腔室1内的温度出现升高或者下降的波动时，温度传感器7侦测到温度变化，并将信号反馈给气体冷却结构6。气体冷却结构6接收到温度波动信号后，通过调节运行功率，保持输送到传送腔室1内的气体温度保持恒定。从而确保传送腔室1内的气体氛围保持恒定温度，确保待冷却件100向外均匀散热，避免出现因温度不均匀导致的待冷却件100的内应力不均匀的现象。
本实施例中，可以根据实际需求来设定进气温度，即进入腔室1内的冷却气体的温度，以保证腔室1内气体氛围处于最佳的温度。
本发明还提供一种冷却系统，包括上述的冷却装置，还包括冷却水供给结构、冷却水回收结构、冷却气体供给结构以及冷却气体回收结构。
所述冷却系统应用于传送腔室1内的硅片的冷却时，采用相对设置的两层金属冷却盘2的设置，缩短了待冷却在传送腔室1内的冷却时间，减少了硅片传送过程的时间。增加了单位时间内的产出效率。
采用温度传感器7和气体冷却结构6的设置，保证了腔室1内气体温度的恒定，保证了冷却效果。
以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。
Claims (8)
1.一种冷却装置，其特征在于，包括：
腔室；
位于所述腔室内的相对设置的两个中空结构的冷却盘，用于对位于两个所述冷却盘之间的待冷却件进行冷却；每个所述冷却盘设置有与外部冷却水供给结构连通的冷却水进口以及与外部冷却水回收结构连通的冷却水出口；
用于支撑待冷却件的支撑结构，所述支撑结构设置于所述腔室的侧壁上，且所述支撑结构位于两个所述冷却盘之间；
调节结构，用于控制至少一个所述冷却盘移动以使得两个所述冷却盘与待冷却件之间的距离相等，且距离大于0；
所述腔室的第一侧壁上还设置有冷却气体入口，所述腔室的与所述第一侧壁相对的第二侧壁上设置有冷却气体出口；
所述冷却装置还包括气体冷却结构，所述气体冷却结构的一侧通过管道与冷却气体供给结构连通，所述气体冷却结构的另一侧通过管道与所述冷却气体入口连通，用于使得进入所述腔室内的冷却气体的温度与进入所述冷却盘的冷却水温度相同。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，还包括分别与两个所述冷却盘的所述冷却水进口连通的第一进水管道和第二进水管道，所述第一进水管道和所述第二进水管道连接同一冷却水供给结构。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，还包括分别与两个所述冷却盘的所述冷却水进口连通的第一进水管道和第二进水管道，所述第二进水管道的一端连接于相应的所述冷却盘的冷却水进口，所述第二进水管道的另一端与所述第一进水管道的侧壁上的通孔连通。
4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述调节结构包括独立控制两个所述冷却盘移动的驱动部，以及与相应的所述冷却盘连接的传动部，所述驱动部通过所述传动部的传动以控制相应的所述冷却盘向靠近或远离另一个所述冷却盘的方向移动。
5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，每个所述冷却盘与待冷却件之间的距离为2mm-5mm。
6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述支撑结构包括位于所述腔室的至少两个相对的侧壁上的支撑部，所述支撑部倾斜设置于相应的所述侧壁上。
7.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，还包括温度传感器所述温度传感器设置于所述腔室的内侧壁上，所述气体冷却结构用于根据所述温度传感器的信号调节输入所述腔室内部的冷却气体的温度和/或冷却气体的流速和/或冷却气体的流量以使得所述腔室内的温度保持在预设范围内。
8.一种冷却系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的冷却装置，还包括冷却水供给结构、冷却水回收结构、冷却气体供给结构以及冷却气体回收结构。
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Address after: 710000 room 1-3-029, No. 1888, Xifeng South Road, high tech Zone, Xi'an, Shaanxi Province Patentee after: Xi'an Yisiwei Material Technology Co.,Ltd. Patentee after: XI'AN ESWIN SILICON WAFER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 710000 room 1-3-029, No. 1888, Xifeng South Road, high tech Zone, Xi'an, Shaanxi Province Patentee before: Xi'an yisiwei Material Technology Co.,Ltd. Patentee before: XI'AN ESWIN SILICON WAFER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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