一种热处理设备工艺门冷却系统及冷却方法技术方案

本发明专利技术公开了一种热处理设备的工艺门冷却系统，包括设于热处理设备工艺门上的热交换件和控制单元。热交换件包括冷却液进口、冷却液出口、同心设置的外环冷却管路和内环冷却管路、以及开关元件。控制单元在热处理工艺中根据热处理工艺不同工艺步骤的设定温度控制开关元件的导通或关断，以使外环冷却管路和/或内环冷却管路中流通冷却液，从而相应切换内外环冷却管路的工作方式使得内外环冷却管路同时工作或单独工作，从而提高设备的工艺适用性和稳定性，扩展设备竞争力。

Heat treatment equipment, process door cooling system and cooling method

The invention discloses a process door cooling system for heat treatment equipment, comprising a heat exchange component and a control unit arranged on the heat treatment equipment process door. The heat exchange component comprises a cooling liquid inlet, a cooling liquid outlet, a concentric outer ring cooling pipe and an inner ring cooling pipe, and a switch element. The control unit in the heat treatment process in heat treatment process according to the set temperature of the different process steps control switch element is turned on or off, so that the outer loop cooling pipe and / or inner cooling pipe in the circulation of cooling liquid, and the corresponding switching rings the cooling pipe work makes the inner and outer ring cooling pipe work simultaneously or separately work, to improve the technical applicability and stability, extended equipment competitiveness.

【技术实现步骤摘要】
一种热处理设备工艺门冷却系统及冷却方法
本专利技术涉及半导体工艺设备领域，具体涉及一种用于热处理设备工艺门冷却系统及冷却方法。
技术介绍
半导体热处理设备是用于晶圆进行氧化、退火、CVD等热处理工艺的半导体设备。半导体热处理设备通过工艺门支撑满载晶圆的石英舟进入和退出反应腔室，在工艺反应腔室内对晶圆进行各种热处理工艺。通常来说，工艺门上安装有密封圈，用于在工艺阶段使反应腔室内部密封。由于热处理设备通常工作在600℃～1300℃的中高温温度区间，而安装在工艺门上的密封圈的工作温度必须要小于其安全工作温度(通常为320℃)，因而必须对其进行有效的冷却才能保障其正常的密封功能。此外，在工艺门中心还安装磁流体密封装置，用于驱动晶舟按设定速度旋转，以保障工艺过程中晶圆表面成膜的均匀性，磁流体由于其中存在磁流液，也需要对转轴部分进行冷却，防止其温度超过安全工作温度(通常为120℃)导致磁流体受损污染反应腔室，进而导致晶圆产品报废。现有技术中，冷却密封圈和磁流体密封装置的常规设计方法是在工艺门增加内外双环的冷却循环系统以保障足够的冷却效果，使密封圈和磁流体能够按设计的工作方式安全工作。但是，随着设备应用工艺的扩展，由90/65nm处理工艺向40/28nm工艺升级，如热氧化工艺从原有高温(800℃以上)工作的工艺正在向低温(如700℃或750℃)工艺转化，传统的固定流量式冷却系统设计在低温工艺时会导致额外副产物的生成和反应源的残留，生成的副产物会对工艺门表面及磁流体转轴产生腐蚀等损伤，导致工艺质量不能满足客户要求，严重时会导致整批产品报废。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提出了一种简单可靠的冷却系统实现工艺门内外双环冷却工作模式的切换以使得内外圈冷却管路同时工作或单独工作，从而提高设备的工艺适用性和稳定性，扩展设备竞争力。为达成上述目的，本专利技术提供一种热处理设备的工艺门冷却系统，所述热处理设备包括对晶圆进行热处理工艺的反应管、可上下移动的工艺门以及与所述工艺门连接的旋转机构，其中所述工艺门设有用于密封所述工艺门和所述反应管、以及密封所述工艺门和所述旋转机构的密封件。所述工艺门冷却系统包括：设于所述工艺门上的热交换件，其包括冷却液进口、冷却液出口、同心且串联设置的外环冷却管路和内环冷却管路、以及设置于所述外环冷却管路与内环冷却管路之间的开关元件；控制单元，在所述热处理工艺中根据所述热处理工艺不同工艺步骤的设定温度控制所述开关元件的导通或关断，以使所述外环冷却管路和/或内环冷却管路中流通冷却液。进一步的，所述外环冷却管路的输入端与所述冷却液进口相连；所述内环冷却管路的输出端与所述冷却液出口相连；所述开关元件为三通阀，其第一接口连接所述外冷却管路的输出端，第二接口连接所述内环冷却环路的输入端，第三接口连接所述冷却液出口，用于可选择地将所述外环冷却管路的输出端与所述内环冷却管路的输入端或所述冷却液出口连通。进一步的，所述工艺门冷却系统还包括流量控制器，设置于所述冷却液进口或冷却液出口处，用于在所述热处理工艺中根据所述工艺门的实际温度调整所述热交换件中流通的冷却液的流量。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种热处理设备的工艺门冷却系统，所述热处理设备包括对晶圆进行热处理工艺的反应管、可上下移动的工艺门以及与所述工艺门连接的旋转机构，其中所述工艺门设有用于密封所述工艺门和所述反应管、以及密封所述工艺门和所述旋转机构的密封件。所述工艺门冷却系统包括：设于所述工艺门上的热交换件，其包括冷却液进口、冷却液出口、同心且并联设置的外环冷却管路和内环冷却管路、设置于所述外环冷却管路和所述冷却液进口之间的第一开关元件、以及设置于所述内环冷却管路和所述冷却液进口之间的第二开关元件；控制单元，在所述热处理工艺中根据所述热处理工艺不同工艺步骤的设定温度控制所述第一开关元件和第二开关元件的导通或关断，以使所述外环冷却管路和/或内环冷却管路中流通冷却液。进一步地，所述第一开关元件为设置于所述外环冷却管路的输入端和所述冷却液进口之间的第一开关控制阀，所述第二开关元件为设置于所述内环冷却管路的输入端和所述冷却液进口之间的第二开关控制阀；所述外环冷却管路的输出端及所述内环冷却管路的输出端均与所述冷却液出口相连；所述控制单元根据所述热处理工艺不同工艺步骤的设定温度在所述热处理工艺中使所述第一开关控制阀和/或第二开关控制阀导通，以使所述外环冷却液通道和/或内环冷却液通道中流通所述冷却液。进一步地，所述工艺门冷却系统还包括第一流量控制器和第二流量控制器，其中所述第一流量控制器设置于所述外环冷却管路的输入端/输出端与所述冷却液进口/冷却液出口之间，用于在热处理过程中根据工艺门的实际温度调整所述外环冷却管路中流通的冷却液的流量；所述第二流量控制器设置于所述内环冷却管路的输入端/输出端与所述冷却液进口/冷却液出口之间，用于在热处理过程中根据工艺门的实际温度调整所述内环冷却管路中流通的冷却液的流量。进一步地，所述工艺门冷却系统还包括设置于所述工艺门表面的温度传感器，用于测量所述工艺门的实际温度。进一步地，所述温度传感器包括径向距离所述外环冷却管路1-2cm的第一组温度传感器，和径向距离所述内环冷却管路1-2cm的第二组温度传感器。进一步地，所述工艺门冷却系统还包括设置于所述冷却液出口处的温度压力监测单元，用于监测所述热交换件中流通的冷却液的温度和压力。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种热处理设备的工艺门冷却方法，所述热处理设备包括对晶圆进行热处理工艺的反应管、可上下移动的工艺门以及与所述工艺门连接的旋转机构，其中所述工艺门设有用于密封所述工艺门和所述反应管、以及密封所述工艺门和所述旋转机构的密封件所述工艺门冷却方法包括以下步骤：S1：在所述工艺门上设置热交换件，所述热交换件包括冷却液进口、冷却液出口、同心且串联设置的外环冷却管路和内环冷却管路、以及设置于所述外环冷却管路与内环冷却管路之间的开关元件；以及S2：在所述热处理工艺中，根据所述热处理工艺不同工艺步骤的设定温度控制所述开关元件的导通或关断使所述外环冷却管路和/或内环冷却管路中流通冷却液。进一步地，步骤S2还包括：在所述热处理工艺中根据所述工艺门的实际温度调整所述热交换件中流通的冷却液的流量，其中通过在步骤S1中在所述冷却液进口或冷却液出口处设置流量控制器以调整所述冷却液的流量。进一步地，所述外环冷却管路的输入端与所述冷却液进口相连；所述内环冷却管路的输出端与所述冷却液出口相连；所述开关元件为三通阀，第一接口连接所述外冷却管路的输出端，第二接口连接所述内环冷却环路的输入端，第三接口连接所述冷却液出口；步骤S2中根据所述热处理工艺不同工艺步骤的设定温度使所述三通阀将所述外环冷却管路的输出端与所述内环冷却管路的输入端或所述冷却液出口连通。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种热处理设备的工艺门冷却方法，所述热处理设备包括对晶圆进行热处理工艺的反应管、可上下移动的工艺门以及与所述工艺门连接的旋转机构，其中所述工艺门设有用于密封所述工艺门和所述反应管、以及密封所述工艺门和所述旋转机构的密封件。所述工艺门冷却方法包括以下步骤：S1：在所述工艺门上设置热交换件，所述热交换件包括冷却液进口、冷却液出口、同心且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热处理设备的工艺门冷却系统，所述热处理设备包括对晶圆进行热处理工艺的反应管、可上下移动的工艺门以及与所述工艺门连接的旋转机构，其中所述工艺门设有用于密封所述工艺门和所述反应管、以及密封所述工艺门和所述旋转机构的密封件，其特征在于，所述工艺门冷却系统包括：设于所述工艺门上的热交换件，其包括冷却液进口、冷却液出口、同心且串联设置的外环冷却管路和内环冷却管路、以及设置于所述外环冷却管路与内环冷却管路之间的开关元件；控制单元，在所述热处理工艺中根据所述热处理工艺不同工艺步骤的设定温度控制所述开关元件的导通或关断，以使所述外环冷却管路和/或内环冷却管路中流通冷却液。

【技术特征摘要】
1.一种热处理设备的工艺门冷却系统，所述热处理设备包括对晶圆进行热处理工艺的反应管、可上下移动的工艺门以及与所述工艺门连接的旋转机构，其中所述工艺门设有用于密封所述工艺门和所述反应管、以及密封所述工艺门和所述旋转机构的密封件，其特征在于，所述工艺门冷却系统包括：设于所述工艺门上的热交换件，其包括冷却液进口、冷却液出口、同心且串联设置的外环冷却管路和内环冷却管路、以及设置于所述外环冷却管路与内环冷却管路之间的开关元件；控制单元，在所述热处理工艺中根据所述热处理工艺不同工艺步骤的设定温度控制所述开关元件的导通或关断，以使所述外环冷却管路和/或内环冷却管路中流通冷却液。2.根据权利要求1所述的工艺门冷却系统，其特征在于，所述外环冷却管路的输入端与所述冷却液进口相连；所述内环冷却管路的输出端与所述冷却液出口相连；所述开关元件为三通阀，其第一接口连接所述外冷却管路的输出端，第二接口连接所述内环冷却环路的输入端，第三接口连接所述冷却液出口，用于可选择地将所述外环冷却管路的输出端与所述内环冷却管路的输入端或所述冷却液出口连通。3.根据权利要求1所述的工艺门冷却系统，其特征在于，还包括流量控制器，设置于所述冷却液进口或冷却液出口处，用于在所述热处理工艺中根据所述工艺门的实际温度调整所述热交换件中流通的冷却液的流量。4.一种热处理设备的工艺门冷却系统，所述热处理设备包括对晶圆进行热处理工艺的反应管、可上下移动的工艺门以及与所述工艺门连接的旋转机构，其中所述工艺门设有用于密封所述工艺门和所述反应管、以及密封所述工艺门和所述旋转机构的密封件，其特征在于，所述工艺门冷却系统包括：设于所述工艺门上的热交换件，其包括冷却液进口、冷却液出口、同心且并联设置的外环冷却管路和内环冷却管路、设置于所述外环冷却管路和所述冷却液进口之间的第一开关元件、以及设置于所述内环冷却管路和所述冷却液进口之间的第二开关元件；控制单元，在所述热处理工艺中根据所述热处理工艺不同工艺步骤的设定温度控制所述第一开关元件和第二开关元件的导通或关断，以使所述外环冷却管路和/或内环冷却管路中流通冷却液。5.根据权利要求4所述的工艺门冷却系统，其特征在于，所述第一开关元件为设置于所述外环冷却管路的输入端和所述冷却液进口之间的第一开关控制阀，所述第二开关元件为设置于所述内环冷却管路的输入端和所述冷却液进口之间的第二开关控制阀；所述外环冷却管路的输出端及所述内环冷却管路的输出端均与所述冷却液出口相连；所述控制单元根据所述热处理工艺不同工艺步骤的设定温度在所述热处理工艺中使所述第一开关控制阀和/或第二开关控制阀导通，以使所述外环冷却液通道和/或内环冷却液通道中流通所述冷却液。6.根据权利要求4所述的工艺门冷却系统，其特征在于，还包括第一流量控制器和第二流量控制器，其中所述第一流量控制器设置于所述外环冷却管路的输入端/输出端与所述冷却液进口/冷却液出口之间，用于在热处理过程中根据工艺门的实际温度调整所述外环冷却管路中流通的冷却液的流量；所述第二流量控制器设置于所述内环冷却管路的输入端/输出端与所述冷却液进口/冷却液出口之间，用于在热处理过程中根据工艺门的实际温度调整所述内环冷却管路中流通的冷却液的流量。7.根据权利要求1或4所述的工艺门冷却系统，其特征在于，还包括设置于所述工艺门表面的温度传感器，用于测量所述工艺门的实际温度。8.根据权利要求7所述的工艺门冷却系统，其特征在于，所述温度传感器包括径向距离所述外环冷却管路1-2cm的第一组温度传感器，和径向距离所述内环冷却管路1-2cm的第二组温度传感器。9.根据权利要求1或4所述的工艺门冷却系统，其特征在于，还包括设置于所述冷却液出口处的温度压力监测单元，用于监...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐冬，刘东，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11