一种用于立式氧化炉湿氧工艺中工艺门的冷却方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于立式氧化炉湿氧工艺中工艺门的冷却方法和装置，根据湿氧工艺结果要求，按照主工艺温度不同，将湿氧工艺分为高温、中温、低温三个不同的温度区间，装置的控制模块据此设定由大而小具有不同流量范围的工艺门和炉体底部的循环冷却水流量，并在工艺中根据热偶的温度检测值，通过流量控制器来调整工艺门循环冷却水管路流量的大小，达到既保证工艺结果又不损坏工艺门密封部件的效果，本方法和装置操作简单，不增加成本，且对设备起到了很好的维护作用。
【专利说明】一种用于立式氧化炉湿氧工艺中工艺门的冷却方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体立式氧化炉工艺门的冷却方法和冷却装置，更具体地，涉及一种在湿氧工艺中对立式氧化炉工艺门采取冷却水流量差异化控制的冷却方法和相应的冷却控制装置。
【背景技术】
[0002]半导体立式氧化炉的气体传输系统采用的是上部进气、下部排气的气体供给、排出方式。其中，排气管路位于炉管下部，接近工艺门。
[0003]请参阅图1和图2，图1是一种半导体立式氧化炉中的载片及密封机构结构示意图；图2是图1中的工艺门密封机构俯视图。如图1所示，工艺中，为了保证良好的热场，在工艺门的上部装有保温桶4。保温桶的作用一是为了防止炉体内部热量的散失，二是为了防止高温辐射对工艺门及附近各元器件造成损坏。保温桶上部装有石英舟6，用来承载工艺片(娃片)5。
[0004]同时，为了更好地实现工艺门的密封性，在工艺门水冷盘3上装有如图2所示的材质为高分子材料的环形密封圈7，以及如图1所示的内部装有磁性悬浮液的磁流体I。这两个部件都有一定的耐温极限，温度过高对部件都会造成损坏。因此，如图1所示，设计时在工艺门和工艺管底部都设有冷却水管路2，工艺时会通入固定流量的循环冷却水。
[0005]在氧化炉进行的湿氧工艺中，主要的反应过程为:
[0006]H2+02 — H2O
[0007]Si+H2O — Si02+H2
[0008]反应过程中，多余的或未参与反应的水蒸气会随气流从排气管路排出。但是，如果排气管路附近、即工艺门处温度比较低，就可能导致水蒸汽凝聚，产生水珠。如果水珠产生过多，工艺结束后降舟过程中、水珠就会从工艺门流下，容易造成工艺门下部电缆以及各元器件损坏；另外一方面，如果工艺温度较高，工艺门处温度过高，就可能导致工艺门上密封各部件受热辐射损坏。
[0009]在湿氧工艺中，现有的对立式氧化炉工艺门的冷却，是以通入固定流量的循环冷却水的方式进行的。由于湿氧工艺的工艺温度包括高、中、低不同的温度区间，固定流量的循环冷却水制度难以适用较大温度梯度下的温差变化带来的冷却效果的差异。往往在高温工艺阶段，工艺门因得不到良好冷却，造成工艺门上的密封部件受到剧烈的热辐射而损坏；而在低温工艺阶段，工艺门被过度冷却，造成水蒸汽大量凝聚，产生的水珠从工艺门流下，容易造成工艺门下部电缆以及各元器件损坏。
[0010]在现有的生产中，为了提高湿氧工艺中工艺门的冷却性能，从调节工艺门周围温度的角度出发，有采用以下二种方法的:
[0011]一是改变保温桶热容，保温桶底部温度会随热容变化而变化；
[0012]二是改变工艺温度。
[0013]上述二种方法的缺陷是:改变保温桶热容，需要进行硬件改动，保温桶属于石英材质，一般保温桶为一体式结构，不可分拆，而重新加工成本较大；而工艺温度是根据生产需求而定的，不能随意改动，调整工艺温度，势必会影响到最后的产能。
【发明内容】
[0014]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种在湿氧工艺中对立式氧化炉工艺门采取冷却水流量差异化控制的冷却方法和装置，在不改变设备硬件的条件下，通过适当调整工艺门处冷却水流量，来改变工艺门的温度，在不超过环形密封圈和磁流体的耐温点的条件下，可以避免低温水蒸汽凝聚产生水珠，同时，也可以避免高温热辐射对工艺门密封元器件造成损坏。
[0015]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0016]一种用于立式氧化炉湿氧工艺中工艺门的冷却方法，由工艺控制系统控制湿氧工艺制程，所述工艺门装有密封部件，所述工艺门和氧化炉炉体底部装有温度检测热偶和冷却水管路，所述冷却水管路装有流量控制器，其特征在于，包括以下步骤:
[0017]根据所述热偶温度检测结果，控制所述流量控制器调整循环冷却水流量大小与所述温度结果高低相适配；其中，湿氧工艺温度低时调低冷却水流量，湿氧工艺温度高时调高冷却水流量。
[0018]进一步地，所述控制所述流量控制器调整循环冷却水流量大小与所述温度结果高低相适配的步骤，具体包括:
[0019]步骤一:根据湿氧工艺结果要求，按照主工艺温度不同，将湿氧工艺分为高温、中温、低温三个不同的温度区间；
[0020]步骤二:根据所述高温、中温、低温三个不同的温度区间，设定高温、中温、低温湿氧工艺温度时由大而小具有不同流量范围的工艺门和炉体底部冷却水管路的循环冷却水
流量；
[0021]步骤三:打开循环冷却水管路流量控制器，向工艺门和炉体底部的冷却水管路通入设定流量范围内的循环冷却水；
[0022]步骤四:打开工艺控制系统，按照设定的温度、时间、气体流量等相关工艺参数制程，进行工艺；
[0023]步骤五:在进行工艺时，用热偶对工艺门和炉体底部的温度进行检测，并根据检测温度的高低，通过流量控制器调整高温、中温、低温湿氧工艺温度区间相应循环冷却水流量范围内流量的大小。
[0024]进一步地，步骤一中，所述高温湿氧工艺温度的区间为801?1000°C，所述中温湿氧工艺温度的区间为601?800°C，以及所述低温湿氧工艺温度的区间为400?600°C。
[0025]进一步地，所述循环冷却水的进水温度为20?25V。
[0026]进一步地,步骤二中，所述高温湿氧工艺温度时的循环冷却水流量为2?3L/min ；所述中温湿氧工艺温度时的循环冷却水流量为I?2L/min ;所述低温湿氧工艺温度时的循环冷却水流量为0.1?lL/min。
[0027]进一步地，在步骤五中，如果热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果超过工艺门密封部件的耐温极限温度，且循环冷却水流量已达到相应湿氧工艺温度区间设定流量的上限时，按其流量上限值的2?3倍通入循环冷却水。[0028]进一步地，在步骤五中，还包括:当热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果为处于所述低温湿氧工艺温度区间时，判断当前循环冷却水流量是否低于循环冷却水流量的最低阈值，如果是，按低温湿氧工艺温度区间设定流量的下限通入循环冷却水。
[0029]本发明还提供了一种用于立式氧化炉湿氧工艺中工艺门的冷却方法的装置，所述工艺门和氧化炉炉体底部装有温度检测热偶和冷却水管路，所述冷却水管路装有流量控制器，其特征在于，还包括控制模块，分别与温度检测热偶和冷却水管路上安装的流量控制器电连接；
[0030]其中，所述控制模块包括切换单元，其根据所述热偶温度检测结果，控制所述流量控制器调整循环冷却水流量大小与所述温度结果高低相适配；
[0031 ] 其中，湿氧工艺温度低时调低冷却水流量，湿氧工艺温度高时调高冷却水流量。
[0032]进一步地，所述控制模块还设有报警单元，用于判断工艺门和炉体底部温度的检测值超出控制温度的上下限阈值，并通过切换单元调整相应循环冷却水的流量；其中，如果热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果超过工艺门密封部件的耐温极限温度，且循环冷却水流量已达到相应湿氧工艺温度区间设定流量的上限时，按其流量上限值的2?3倍通入循环冷却水；当热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果为处于所述低温湿氧工艺温度区间时，判断当前循环冷却水流量是否低于循环冷却水流量的最低阈值，如果是，按低温湿氧工艺温度区间设定流量的下限通入循环冷却水。
[0033]从上述技术方案可以看出，本发明通过将湿氧工艺温度划分为高温、中温、低温三个不同的温度区间，装置的控制模块据此设定相应不同范围的循环冷却水流量，并在工艺中根据热偶的温度检测值，通过流量控制器来调整工艺门循环冷却水管路流量的大小，可满足不同湿氧工艺的需要，避免低温水蒸汽凝聚产生水珠，也可以避免高温热辐射对工艺门密封部件造成损坏，达到既保证工艺结果又不损坏工艺门密封部件的效果。本发明的冷却方法和装置操作既简单，又不增加成本，对立式氧化炉设备起到了很好的维护作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是一种半导体立式氧化炉中的载片及密封机构结构示意图；
[0035]图2是图1中的工艺门密封机构俯视图；
[0036]图3是本发明的控制原理框图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0038]实施例一:
[0039]首先，介绍一下本发明所运用的一种半导体立式氧化炉的设备结构。
[0040]在本实施例中，请参阅图1和图2，图1是一种半导体立式氧化炉中的载片及密封机构结构示意图；图2是图1中的工艺门密封机构俯视图。
[0041 ] 如图1所示，工艺中，为了保证良好的热场，在工艺门的上部装有保温桶4。保温桶的作用一是为了防止炉体内部热量的散失，二是为了防止高温辐射对工艺门及附近各元器件造成损坏。保温桶上部装有石英舟6，用来承载工艺片(硅片)5。
[0042]同时，为了更好地实现工艺门的密封性，在工艺门水冷盘3上装有如图2所示的材质为高分子材料的环形密封圈7，以及如图1所示的内部装有磁性悬浮液的磁流体I。这两个部件都有一定的耐温极限，温度过高对部件都会造成损坏。因此，如图1所示，设计时在工艺门和工艺管底部都设有冷却水管路2，工艺时会通入循环冷却水进行冷却。
[0043]下面介绍本发明冷却方法的具体内容。
[0044]本发明的一种用于如图1和图2所示的立式氧化炉湿氧工艺中工艺门的冷却方法，由工艺控制系统控制湿氧工艺制程，所述工艺门装有密封部件，所述工艺门和氧化炉炉体底部装有温度检测热偶和冷却水管路，所述冷却水管路装有流量控制器，并包括以下步骤:
[0045]根据所述热偶温度检测结果，控制所述流量控制器调整循环冷却水流量大小与所述温度结果高低相适配；其中，湿氧工艺温度低时调低冷却水流量，湿氧工艺温度高时调高冷却水流量。
[0046]所述控制所述流量控制器调整循环冷却水流量大小与所述温度结果高低相适配的步骤，具体包括:
[0047]步骤一:根据湿氧工艺结果要求，按照主工艺温度不同，将湿氧工艺分为高温、中温、低温三个不同的温度区间；
[0048]步骤二:根据所述高温、中温、低温三个不同的温度区间，设定高温、中温、低温湿氧工艺温度时由大而小具有不同流量范围的工艺门和炉体底部冷却水管路的循环冷却水
流量；
[0049]步骤三:打开循环冷却水管路流量控制器，向工艺门和炉体底部的冷却水管路通入设定流量范围内的循环冷却水；
[0050]步骤四:打开工艺控制系统，按照设定的温度、时间、气体流量等相关工艺参数制程，进行工艺；
[0051]步骤五:在进行工艺时，用热偶对工艺门和炉体底部的温度进行检测，并根据检测温度的高低，通过流量控制器调整高温、中温、低温湿氧工艺温度区间相应循环冷却水流量范围内流量的大小。
[0052]在步骤一中，所述高温湿氧工艺温度的区间为801?1000°C，所述中温湿氧工艺温度的区间为601?800°C，以及所述低温湿氧工艺温度的区间为400?600°C。
[0053]控制所述循环冷却水的进水温度为20?25V。
[0054]在步骤二中，所述高温湿氧工艺温度时的循环冷却水流量为2?3L/min ;所述中温湿氧工艺温度时的循环冷却水流量为I?2L/min ;所述低温湿氧工艺温度时的循环冷却水流量为0.1?lL/min。
[0055]在本实施例中，按上述方法设定并控制相关工艺参数如下:
[0056](I)湿氧工艺温度为900?1000°C ；
[0057](2)主工艺过程为:900°C湿氧工艺进行 30 ?60min，H2:02=6SLM:4.5SLM ；900°C升温至1000°c湿氧工艺进行20?30min，H2:02=6SLM:4.5SLM ;1000°C湿氧工艺进行60?120min, H2:02=6SLM:4.5SLM ; 1000°C条件下 N2 吹扫 30 ?60min, N2 流量为 10SLM ；
[0058](3)工艺门和炉体底部循环冷却水流量为2?3L/min。
[0059]请参阅图3，图3是本发明的控制原理框图。如图所示，控制开始时，根据所述高温、中温、低温三个不同的温度区间，设定高温、中温、低温湿氧工艺温度时由大而小具有不同流量范围的工艺门和炉体底部冷却水管路的循环冷却水流量。然后，打开循环冷却水管路流量控制器，向工艺门和炉体底部的冷却水管路通入设定流量范围内的循环冷却水。此过程中，用热偶对工艺门和炉体底部的温度进行检测，并根据检测温度的高低，通过流量控制器调整高温、中温、低温湿氧工艺温度区间相应循环冷却水流量范围内流量的大小。
[0060]请参阅图3，工艺中，如果热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果超过工艺门密封部件的耐温极限温度，且循环冷却水流量已达到相应湿氧工艺温度区间设定流量的上限时，按其流量上限值的2?3倍通入循环冷却水。在本实施例中即6?9L/min。
[0061]并且，当热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果为处于所述低温湿氧工艺温度区间时，判断当前循环冷却水流量是否低于循环冷却水流量的最低阈值，如果是，按低温湿氧工艺温度区间设定流量的下限通入循环冷却水。在本实施例中即0.lL/min。
[0062]本发明用于立式氧化炉湿氧工艺中工艺门的冷却方法的装置，在图1中的工艺门和氧化炉炉体底部装有温度检测热偶(图中省略)和冷却水管路2，所述冷却水管路装有流量控制器(图中省略)。装置还包括控制模块(图中省略)，分别与温度检测热偶和冷却水管路上安装的流量控制器电连接。其中，所述控制模块包括切换单元，其根据所述热偶温度检测结果，控制所述流量控制器调整循环冷却水流量大小与所述温度结果高低相适配；并且，当湿氧工艺温度低时调低冷却水流量，湿氧工艺温度高时调高冷却水流量。
[0063]所述控制模块还设有报警单元，用于判断工艺门和炉体底部温度的检测值超出控制温度的上下限阈值，并通过切换单元调整相应循环冷却水的流量；其中，如果热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果超过工艺门密封部件的耐温极限温度，且循环冷却水流量已达到相应湿氧工艺温度区间设定流量的上限时，按其流量上限值的2?3倍(在本实施例中为6?9L/min)通入循环冷却水；当热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果为处于所述低温湿氧工艺温度区间时，判断当前循环冷却水流量是否低于循环冷却水流量的最低阈值，如果是，按低温湿氧工艺温度区间设定流量的下限(在本实施例中为0.lL/min)通入循环冷却水。
[0064]实施例二:
[0065]在本实施例中，采用实施例一中的方法和装置设定并控制相关工艺参数如下:
[0066](I)湿氧工艺温度为700?800°C ；
[0067](2)主工艺过程为:700°C湿氧工艺进行 30 ?60min，H2:02=6SLM:4.5SLM ；700°C升温至800°C湿氧工艺进行20?30min，H2:02=6SLM:4.5SLM ;800°C湿氧工艺进行60?120min, H2:02=6SLM:4.5SLM ;800°C条件下 N2 吹扫 30 ?60min, N2 流量为 10SLM ；
[0068](3)工艺门和炉体底部循环冷却水流量为I?2L/min。
[0069]工艺中，如果热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果超过工艺门密封部件的耐温极限温度，且循环冷却水流量已达到相应湿氧工艺温度区间设定流量的上限时，按其流量上限值的2?3倍即4?6L/min通入循环冷却水。
[0070]并且，当热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果为处于所述低温湿氧工艺温度区间时，判断当前循环冷却水流量是否低于循环冷却水流量的最低阈值，如果是，按低温湿氧工艺温度区间设定流量的下限即0.lL/min通入循环冷却水。
[0071]其他与实施例一相同，本例不再赘述。
[0072]实施例三:[0073]在本实施例中，采用实施例一中的方法和装置设定并控制相关工艺参数如下:
[0074](I)湿氧工艺温度为400?500°C ；
[0075](2)主工艺过程为:400°C湿氧工艺进行 30 ?60min，H2:02=6SLM:4.5SLM ；400°C升温至500°C湿氧工艺进行20?30min，H2:02=6SLM:4.5SLM ;500°C湿氧工艺进行60?120min, H2:02=6SLM:4.5SLM ;500°C条件下 N2 吹扫 30 ?60min, N2 流量为 10SLM ；
[0076](3)工艺门和炉体底部循环冷却水流量为0.1?lL/min;
[0077]工艺中，如果热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果超过工艺门密封部件的耐温极限温度，且循环冷却水流量已达到相应湿氧工艺温度区间设定流量的上限时，按其流量上限值的2?3倍即2?3L/min通入循环冷却水。
[0078]并且，当热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果为处于所述低温湿氧工艺温度区间时，判断当前循环冷却水流量是否低于循环冷却水流量的最低阈值，如果是，按低温湿氧工艺温度区间设定流量的下限即0.lL/min通入循环冷却水。
[0079]其他与实施例一相同，本例不再赘述。
[0080]需要说明的是，以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于立式氧化炉湿氧工艺中工艺门的冷却方法，由工艺控制系统控制湿氧工艺制程，所述工艺门装有密封部件，所述工艺门和氧化炉炉体底部装有温度检测热偶和冷却水管路，所述冷却水管路装有流量控制器，其特征在于，包括以下步骤: 根据所述热偶温度检测结果，控制所述流量控制器调整循环冷却水流量大小与所述温度结果高低相适配；其中，湿氧工艺温度低时调低冷却水流量，湿氧工艺温度高时调高冷却水流量。
2.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述控制所述流量控制器调整循环冷却水流量大小与所述温度结果高低相适配的步骤，具体包括: 步骤一:根据湿氧工艺结果要求，按照主工艺温度不同，将湿氧工艺分为高温、中温、低温二个不问的温度区间； 步骤二:根据所述高温、中温、低温三个不同的温度区间，设定高温、中温、低温湿氧工艺温度时由大而小具有不同流量范围的工艺门和炉体底部冷却水管路的循环冷却水流量; 步骤三:打开循环冷却水管路流量控制器，向工艺门和炉体底部的冷却水管路通入设定流量范围内的循环冷却水； 步骤四:打开工艺控制系统，按照设定的温度、时间、气体流量等相关工艺参数制程，进行工艺； 步骤五:在进行工艺时，用热偶对工艺门和炉体底部的温度进行检测，并根据检测温度的高低，通过流量控制器调整高温、中温、低温湿氧工艺温度区间相应循环冷却水流量范围内流量的大小。
3.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，步骤一中，所述高温湿氧工艺温度的区间为801~1000°C，所述中温湿氧工艺温度的区间为601~800°C，以及所述低温湿氧工艺温度的区间为400~600°C。
4.如权利要求1所述的冷却方法，其特征在于，所述循环冷却水的进水温度为20~25。。。
5.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，步骤二中，所述高温湿氧工艺温度时的循环冷却水流量为2~3L/min ;所述中温湿氧工艺温度时的循环冷却水流量为I~2L/min ;所述低温湿氧工艺温度时的循环冷却水流量为0.1~lL/min。
6.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，在步骤五中，如果热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果超过工艺门密封部件的耐温极限温度，且循环冷却水流量已达到相应湿氧工艺温度区间设定流量的上限时，按其流量上限值的2~3倍通入循环冷却水。
7.如权利要求2所述的冷却方法，其特征在于，在步骤五中，还包括:当热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果为处于所述低温湿氧工艺温度区间时，判断当前循环冷却水流量是否低于循环冷却水流量的最低阈值，如果是，按低温湿氧工艺温度区间设定流量的下限通入循环冷却水。
8.一种用于立式氧化炉湿氧工艺中工艺门的冷却方法的装置，所述工艺门和氧化炉炉体底部装有温度检测热偶和冷却水管路，所述冷却水管路装有流量控制器，其特征在于，还包括控制模块，分别与温度检测热偶和冷却水管路上安装的流量控制器电连接； 其中，所述控制模块包括切换单元，其根据所述热偶温度检测结果，控制所述流量控制器调整循环冷却水流量大小与所述温度结果高低相适配； 其中，湿氧工艺温度低时调低冷却水流量，湿氧工艺温度高时调高冷却水流量。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制模块还设有报警单元，用于判断工艺门和炉体底部温度的检测值超出控制温度的上下限阈值，并通过切换单元调整相应循环冷却水的流量；其中，如果热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果超过工艺门密封部件的耐温极限温度，且循环冷却水流量已达到相应湿氧工艺温度区间设定流量的上限时，按其流量上限值的2~3倍通入循环冷却水；当热偶对工艺门和炉体底部的检测温度结果为处于所述低温湿氧工艺温度区间时，判断当前循环冷却水流量是否低于循环冷却水流量的最低阈值， 如果是，按低温湿氧工艺温度区间设定流量的下限通入循环冷却水。
【文档编号】F27B1/24GK103727778SQ201410009302
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月9日 优先权日:2014年1月9日
【发明者】林伟华, 宋辰龙, 兰天, 王兵 申请人:北京七星华创电子股份有限公司