基板装卸载单元及基板处理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基板装卸载单元，位于热处理装置下方，所述热处理装置具有开口以使载置所述基板的晶舟及所述晶舟下方的保温桶搬入或搬出所述热处理装置中。所述基板装卸载单元划分为相互连结的第一空间和第二空间，所述第一空间包围已下降的所述晶舟，所述第一空间的一侧设有主热交换器，用于吸收所述基板的热辐射。本发明能够有效降低基板装载单元微环境的温度。
【专利说明】基板装卸载单元及基板处理系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体工艺热处理设备的微环境降温控制【技术领域】，特别涉及一种可进行半导体设备微环境降温控制的基板装卸载单元。
【背景技术】
[0002]半导体热处理工艺如成膜工艺、氧化扩散工艺灯是半导体制造的重要环节，许多的工艺步骤需要在热处理设备中进行。通过升降机构将载置有半导体基板的基板保持件从位于热处理设备的处理容器下方的装载单元上升而搬入处理容器内，在密闭的处理容器内进行成热处理。待处理完成后，再次通过升降机构卸载基板保持件，然后由搬送机构移载已处理的半导体基板。
[0003]在处于高温状态的处理容器的下方的装载室内，对卸载下来的高温状态的基板的降温成为一个重要的问题。若能够采取有效高速的降温方式，可以大大提高生产效率，提升产能；另外，也可以防护机台部件(如搬送机构)，维护基板性能并减少颗粒的产生。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的旨在提供一种有效高速地对已处理的基板进行降温的基板装卸载单元及具有该基板装卸载单元的基板处理系统。
[0005]为达成上述目的，本发明提供一种基板装卸载单元，位于热处理装置下方，所述热处理装置具有开口以使载置所述基板的晶舟及所述晶舟下方的保温桶搬入或搬出所述热处理装置中，其特征在于，所述基板装卸载单元的空间划分为相互连结的第一空间和第二空间，所述第一空间包围已下降的所述晶舟，所述第一空间的一侧设有主热交换器，用于吸收所述基板的热辐射。
[0006]优选地，所述主热交换器大致覆盖所述晶舟的宽度和高度。
[0007]优选地，第一空间和所述第二空间均设有用于通入冷却气体的进气口，所述第一空间的进气口位于所述主热交换器的相对侧。
[0008]优选地，所述第一空间和所述第二空间的进气口位于所述基板装载单元的相同侧。
[0009]优选地，所述第一空间中所述主热交换器处设有热直排口，所述热直排口与风机相连，所述冷却气体经所述主热交换器由所述热直排口排出。
[0010]优选地，所述第一空间和第二空间的进气口均设有超高效过滤器，从所述进气口通入的所述冷却气体经所述超高效过滤器通入所述第一空间和第二空间内，其中设于所述第一空间内的超高效过滤器朝向所述主热交换器的表面覆盖至少一个反射热量的隔热板。
[0011]优选地，所述隔热板为双层不锈钢网孔板。
[0012]优选地，所述第一空间的下部空间中还设有副热交换器，用于吸收所述保温桶的热辐射并隔离所述第一空间的热量辐射至所述第二空间。
[0013]优选地，所述第一空间小于所述第二空间。[0014]本发明还提供了一种基板处理系统，其包括用于对所述基板进行热处理工艺的热处理装置；升降机构，用于将载置所述基板的晶舟及所述晶舟下方的保温桶上升或下降以搬入或搬出所述热处理装置；以及上述的基板装卸载单元。
[0015]优选地，所述基板处理系统还包括搬送机构，其位于所述第二空间中，在所述第一空间和第二空间之间移载所述晶舟及保温桶。
[0016]本发明所提出的基板装卸载单元，通过合理结构设计，将基板装卸载单元的微环境，即基板的装卸载(load/unload)空间，分成了两个空间，其中一个空间包围晶舟，通过在该空间一侧设有主热交换器，可对基板进行降温。这种设计把热量集中于包围晶舟的空间内，使基板热量能够最有效地被热交换器吸收。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明一实施例基板装卸载单元第一空间的侧视图；
[0018]图2为本发明一实施例基板装卸载单兀的俯视图；
[0019]图3为本发明一实施例超高效过滤器及隔热板的示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0021]本发明的基板处理系统，包括热处理装置，升降机构和位于热处理装置下方的基板装卸载单元。
[0022]热处理装置用于对基板进行热处理工艺，其包括下端开口的圆筒状处理容器，该处理容器内能够收纳载置多个基板的晶舟以及晶舟下方的保温桶。处理容器的外周同心地设置有圆筒状的加热器，加热器用于对处理容器内的基板进行加热。晶舟由保温桶支撑，通过升降机构10将晶舟及保温桶进行升降，以从基板装卸载单元搬入处理容器或从处理容器搬出至基板装卸载单元。
[0023]图1和图2不出了本实施例的基板装卸载单兀。请结合参考图1和图2,基板装卸载单元的内部空间划分为第一空间A和第二空间B，第一空间A和第二空间B相互连结。其中第一空间A包围已经从处理容器下降的晶舟和保温桶8，作为基板的有效降温空间。
[0024]为了对基板进行降温，可采用热传导、对流和热辐射等多种方式实现。其中，热辐射是一种可以在没有任何介质的情况下，不需要接触，就能够发生热交换的传递方式。Stefan-Boltzmann定律描述了黑体福射力与热力学温度之间有如下关系:
[0025]Eb = VEbJdλ 4"........-―撒=σΤ4
V O hG 'm' 一 I
[0026]其中，σ=5.67X 10_8w/ (m2XK4),是 Stefan-Boltzmann 常数，亦称黑体的福射常数。任何物体，只要温度高于0K，就会不停地向周围空间发出热辐射；可以在真空中传播；伴随能量形式的转变；具有强烈的方向性；辐射能与温度和波长均有关；发射辐射取决于温度的4次方。[0027]在半导体制程中，当基板从处理容器卸载后的温度一般在500~700°C，发射能量与温度的4次方成正比，因此基板在基板装卸载单元的微环境中的降温初期主要以热辐射为主。因此，本发明的第一空间A的一侧设有主热交换器1，用于吸收来自基板的热辐射。较佳的，主热交换器I大致覆盖了晶舟和保温桶的宽度和高度。
[0028]除了热辐射方式，热对流也是进行基板降温的另一种主要方式。对流指的是流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。热对流的公式为“Q=HXAX AT”。公式中Q依旧代表热量，H为热对流系数值，A代表热对流的有效接触面积；AT代表固体表面与区域流体之间的温度差。本发明中，在空间A和空间B两个区域都加入了用于对流的冷却气体如氮气。具体来说，第一空间A和第二空间B均设有用于通入冷却气体的进气口，且第一空间A的进气口是位于主热交换器I的相对侧。如图2所示，两个空间A、B的进气口都位于基板装卸载单元的相同侧。此外，第一空间A中主热交换器处I设有热直排口 4，热直排口 4与风机相连。由此，从进气口进入基板装卸载单元的冷却气体经主热交换器I后由热直排口 4排出。第一空间A和第二空间B的进气口分别设有超高效过滤器2和3，用于过滤从进气口进入的冷却气体中的颗粒。因此，从进气口通入的冷却气体经超高效过滤器过滤后进入第一空间A和第二空间B，以达到基板装卸载单元微环境内所需洁净要求。由于第一空间A和第二空间B的微环境均补给了冷却气体，因此在热对流传递中，最大限度增加对流有效解除面积，且增大的冷却气体量与气压可增大散热量。
[0029]进一步的，热对流又有自然对流和强制对流两种模式。自然对流指的是流体运动，成因是温度差，温度高的流体密度较低，因此其质量也就更轻，相对就会向上运动。强制对流则是流体受外在的强制驱动，流体就向驱动方向强制性运动，因此这种对流更有效率和可指向性。在本发明中，对流气体经超高效过滤器均匀进入两个空间的微环境，经主热交换器I处的热直排口 4连接风机排出，由此形成了相逆于自然热对流的强制对流层，能够更有效地进行降温。
[0030]在本发明的一较佳实施方式中，使用两个热交换器来充分吸收热辐射热量。除了主热交换器I之外，在第一空间靠下部的空间中还设有副热交换器6，该副热交换器为小型热交换器，其大致覆盖保温桶的高度和宽度，用于吸收保温桶的热辐射，并有效隔离第一空间的热量，阻止其辐射至第二空间。
[0031]另一方面，为了增大主热交换器侧的热吸收，同时最大程度地减少超高效过滤器侧的热辐射吸收，在第一空间的超高效过滤器2朝向主热交换器I的表面覆盖有至少一个隔热板5，隔热板5用于反射基板热量，并保护超高效过滤器2的材料。根据统计热力学定律，有隔热板存在时的福射热交换关系为:
[0032]
【权利要求】
1.一种基板装卸载单元，位于热处理装置下方，所述热处理装置具有开口以使载置所述基板的晶舟及所述晶舟下方的保温桶搬入或搬出所述热处理装置中，其特征在于，所述基板装卸载单元的空间划分为相互连结的第一空间和第二空间，所述第一空间包围已下降的所述晶舟，所述第一空间的一侧设有主热交换器，用于吸收所述基板的热辐射。
2.根据权利要求1所述的基板装卸载单元，其特征在于，所述主热交换器大致覆盖所述晶舟的宽度和高度。
3.根据权利要求1所述的基板装卸载单元，其特征在于，所述第一空间和所述第二空间均设有用于通入冷却气体的进气口，所述第一空间的进气口位于所述主热交换器的相对侧。
4.根据权利要求3所述的基板装卸载单元，其特征在于，所述第一空间和所述第二空间的进气口位于所述基板装载单元的相同侧。
5.根据权利要求3所述的基板装卸载单元，其特征在于，所述第一空间中所述主热交换器处设有热直排口，所述热直排口与风机相连，所述冷却气体经所述主热交换器由所述热直排口排出。
6.根据权利要求3所述的基板装卸载单元，其特征在于，所述第一空间和第二空间的进气口均设有超高效过滤器，从所述进气口通入的所述冷却气体经所述超高效过滤器通入所述第一空间和第二空间内，其中设于所述第一空间内的超高效过滤器朝向所述主热交换器的表面覆盖至少一个反射热量的隔热板。
7.根据权利要求6所述的基板装卸载单元，其特征在于，所述隔热板为双层不锈钢网孔板。
8.根据权利要求1所述的基板装卸载单元，其特征在于，所述第一空间的下部空间中还设有副热交换器，用于吸收所述保温桶的热辐射并隔离所述第一空间的热量辐射至所述第二空间。
9.根据权利要求1所述的基板装卸载单元，其特征在于，所述第一空间小于所述第二空间。
10.一种基板处理系统,其特征在于,包括: 用于对所述基板进行热处理工艺的热处理装置； 升降机构，用于将载置所述基板的晶舟及所述晶舟下方的保温桶上升或下降以搬入或搬出所述热处理装置；以及 如权利要求1?9任一项所述的基板装卸载单元。
11.根据权利要求10所述的基板处理系统，其特征在于，还包括搬送机构，其位于所述第二空间中，在所述第一空间和第二空间之间移载所述晶舟及保温桶。
【文档编号】H01L21/67GK103928379SQ201410174214
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】张建柱 申请人:北京七星华创电子股份有限公司