腔室冷却装置及半导体加工设备的制作方法

本实用新型涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种腔室冷却装置及半导体加工设备。

背景技术：

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，以下简称CVD)技术是一种用于产生纯度高、性能好的固态材料的化学技术，典型的CVD制程是将晶圆暴露在一种或多种不同的前驱物下，在一定工艺温度下，在晶圆表面发生化学反应和/或化学分解，以在晶圆上产生薄膜。

对于任何一种CVD技术，温度控制都是十分关键的技术之一，尤其是CVD反应腔室的温度控制。在进行工艺阶段，反应腔室内部温度较高，可达1100℃，即使在工艺结束阶段和取片阶段，反应腔室内部温度也会有350℃，因此需要时刻对反应腔室进行冷却。

现有的腔室冷却装置利用冷却液分配装置将冷却液分配至两路进水管，再由两路进水管将冷却液传输至多个出水管，多个出水管用于均匀地朝向腔室喷出冷却液。但是，该腔室冷却装置在实际应用中不可避免地存在以下问题：

其一，冷却液分配装置、进水管和出水管的结构复杂，占用空间大。

其二，冷却液依次经由冷却液分配装置、进水管和出水管喷出，流动路径较长，流速损失较大。

其三，多个出水管中的流量是由冷却液分配装置进行控制，而无法独立控制，因此，可操作性较差，且无法保证能够获得均匀水流。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种腔室冷却装置及半导体加工设备，其可以使结构更紧凑、减少流速损失，还可以对多根冷却管中的流量进行独立控制，从而可以提高可操作性和水流均匀性。

为实现本实用新型的目的而提供一种腔室冷却装置，包括：

冷却槽，设置在腔室底部，用于盛放冷却液体；

多根冷却管，设置在所述冷却槽中，且在多根所述冷却管的管壁上均设置有出流口，多根所述冷却管上的出流口喷出的水流能够带动所述冷却槽中的冷却液体形成旋转湍流；

多根进水管，一一对应地与多根所述冷却管连接；并且，在每根所述进水管上设置有通断阀和流量调节阀。

优选的，多根所述冷却管上的出流口分布在以所述冷却槽的中心为圆心的圆周上，且位于所述冷却槽的中心区域；并且，每个所述出流口的喷流方向为所述圆周的切线方向。

优选的，每根所述冷却管的轴线水平设置；每个所述出流口的喷流方向相对于所述冷却管的轴线倾斜向上设置。

优选的，每个所述出流口的喷流方向与所述冷却管的轴线之间的夹角的取值范围在40°～60°。

优选的，每根所述冷却管上的所述出流口为多个，且沿所述冷却管的轴向间隔分布。

优选的，所述冷却管的远离所述出流口的一端与所述冷却槽中心之间的连线和所述冷却管的轴线之间的夹角为0°或者为锐角。

优选的，所有所述冷却管对应的所述夹角相同；或者，至少两根所述冷却管对应的所述夹角不同。

优选的，多根所述冷却管均为弯管或者直管；或者，多根所述冷却管中有至少一根弯管；其余冷却管为直管。

优选的，所述弯管包括直管部和弯管部，其中，所述弯管部靠近所述冷却槽的中心，且所述出流口设置在所述弯管部的管壁上。

优选的，每根所述进水管竖直设置，并且所述进水管的上端与所述冷却管连接，所述进水管的下端贯穿所述冷却槽的底部，并与冷却液体源连接。

优选的，所述腔室冷却装置还包括：

隔水板，设置在所述冷却槽中，且位于所述冷却管的上方；并且，在所述隔水板的中心区域设置有通孔，用于至少将所述冷却管的出流口暴露出来。

优选的，所述腔室冷却装置还包括：

两个侧板，相对设置在所述冷却槽中，且位于所述隔水板的两侧；并且，所述侧板的顶部高于所述隔水板，且在两个所述侧板的顶部分别设置有挡水条，用于限定所述侧板内侧冷却液体的最高水位。

优选的，在两个所述侧板的内侧分别设置有两个喷流管，两个所述喷流管位于所述隔水板的上方，且分别靠近所述隔水板的对角位置处，并且每个所述喷流管朝向对侧的所述侧板方向喷出冷却液体，以增加所述冷却槽中的冷却液体的旋转动力。

优选的，所述腔室冷却装置还包括：

底板，设置在所述冷却槽中，且在所述底板中设置有沿其厚度贯通的中心通槽；

安装板，叠置在所述底板上，并且所述冷却管固定在所述安装板上，所述进水管自下而上贯通所述安装板，并与所述冷却管连接。

本实用新型还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室和用于冷却所述反应腔室的腔室冷却装置，所述腔室冷却装置采用上述的腔室冷却装置。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的腔室冷却装置，其在冷却槽中设置多根冷却管，且在多根冷却管的管壁上均设置出流口，并且多根冷却管上的出流口喷出的冷却液体形成了旋转的水流，该水流能够带动冷却槽中的冷却液体形成旋转湍流，从而可以提高热交换效率，增强冷却效果。同时，通过借助多根进水管一一对应地与多根冷却管连接；并且在每根进水管上设置有通断阀和流量调节阀，可以实现对多根冷却管的通断及流量进行独立控制，从而可以提高可操作性和水流均匀性，进而可以保证旋转湍流的有效形成。此外，本实用新型提供的腔室冷却装置与现有技术相比，省去了冷却液分配装置，可以使结构更紧凑，同时缩短冷却液体的流动路径，从而可以减少流速损失。

本实用新型提供的半导体加工设备，其通过采用本实用新型提供的上述腔室冷却装置，可以使结构更紧凑、减少流速损失，还可以对多根冷却管中的流量进行独立控制，从而可以提高可操作性和水流均匀性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的腔室冷却装置除去隔水板的俯视图；

图2为本实用新型实施例提供的腔室冷却装置的局部结构图；

图3为本实用新型实施例提供的腔室冷却装置的俯视图；

图4为本实用新型实施例采用的冷却管的俯视图；

图5为本实用新型实施例采用的冷却管的径向截面图；

图6为本实用新型实施例采用的进水管的结构图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图来对本实用新型提供的腔室冷却装置及半导体加工设备进行详细描述。

请一并参阅图1至图6，本实用新型实施例提供的腔室冷却装置，其包括冷却槽5、多根冷却管2和多根进水管7，其中，冷却槽5设置在腔室底部，用于盛放冷却液体(例如冷却液或者冷却水)。腔室(图中未示出)的底部浸润在冷却槽5的冷却液体中，从而实现对腔室的冷却。

多根冷却管2设置在冷却槽5中，且在多根冷却管2的管壁上均设置有出流口21，并且多根冷却管2上的出流口21喷出的冷却液体形成旋转的水流，该水流能够带动冷却槽5中的冷却液体形成旋转湍流，该旋转湍流与层流相比，热交换效果更充分，从而可以提高热交换效率，增强冷却效果。

在本实施例中，多根冷却管2上的出流口21分布在以冷却槽5的中心为圆心的圆周上，且位于冷却槽5的中心区域，并且每个出流口21的喷流方向朝向该圆周的切线方向(图1中示出的箭头方向)。可选的，出流口21可以为沿冷却管2的管壁厚度方向贯通该管壁的通孔，该通孔的轴向即为上述出流口21的喷流方向。

需要说明的是，在本实施例中，多根冷却管2上的出流口21分布在以冷却槽5的中心为圆心的圆周上，但是，本实用新型并不局限于此，在实际应用中，多根冷却管2上的出流口21只要环绕在冷却槽5中心的周围，构成一个近似圆形的形状即可，而不必使所有的出流口21与冷却槽5的中心之间的间距均相同，最终能够达到带动冷却槽5中的冷却液体形成旋转湍流的效果即可。

还需要说明的是，在本实施例中，每个出流口21的喷流方向朝向该圆周的切线方向，但是，本实用新型并不局限于此，在实际应用中，出流口21的喷流方向也可以在一定程度上偏离圆周的切线方向，最终能够达到带动冷却槽5中的冷却液体形成旋转湍流的效果即可。

在本实施例中，每根冷却管2的第一端靠近冷却槽5的中心，第二端靠近冷却槽5的边缘，而出流口21设置在冷却管2的管壁上，且靠近冷却管2的第一端，这样，多根冷却管2上的出流口21喷出的冷却液体可以在冷却槽5的中心区域形成旋转的水流。

在本实施例中，如图2所示，多根进水管7一一对应地与多根冷却管2连接；并且，如图6所示，在每根进水管7上设置有通断阀71和流量调节阀72。通断阀71用于接通或断开其所在的进水管7；流量调节阀72用于调节其所在的进水管7中的冷却液体的流量大小。由此，可以实现对多根冷却管2的通断及流量进行独立控制，从而可以提高可操作性和水流均匀性，进而可以保证旋转湍流的有效形成。

此外，本实施例提供的腔室冷却装置与现有技术相比，每根冷却管2由进水管7独立引出，省去了冷却液分配装置，可以使结构更紧凑，同时缩短冷却液体的流动路径，从而可以减少流速损失。

在本实施例中，如图5所示，每根冷却管2的轴线水平设置；出流口21的喷流方向相对于冷却管2的轴线倾斜向上设置。这样，可以避免旋转湍流出现“空心”状态，即，冷却槽5的中心缺少冷却液体。可选的，每个出流口21的喷流方向与冷却管2的轴线之间的夹角c的取值范围在40°～60°，优选为50°。

在实际应用中，冷却管2的径向截面形状包括圆形、三角形、矩形、六边形或者其他任意形状，优选为圆形。出流口21可以为贯通冷却管2的管壁的通孔，该通孔的径向截面形状包括圆形、三角形、矩形、六边形或者其他任意形状。

可选的，为了在保证每根冷却管2喷出的冷却液体的流速不变的条件下，增大液体流量，每根冷却管2上的出流口21为多个，且沿冷却管2的轴向间隔分布。优选的，出流口21的数量为5个。

可选的，多根冷却管2上的多个出流口21分布在以冷却槽5的中心为圆心，且半径不同的多个圆周上。当然，在实际应用中，多根冷却管2上的多个出流口21只要环绕在冷却槽5中心的周围，构成一个近似圆形的形状即可。

可选的，如图1所示，冷却管2的远离出流口21的一端(即，靠近冷却槽5的边缘的一端)与冷却槽5的中心之间的连线和冷却管2的轴线之间的夹角a为锐角，也就是说，冷却管2的轴线相对于冷却槽5的径向倾斜，这样有利于形成旋转湍流。当然，在实际应用中，上述夹角a也可以为0°，即，冷却管2的轴线与冷却槽5的径向重合。可选的，所有冷却管2对应的夹角a相同；或者，至少两根冷却管对应的夹角a不同。

在本实施例中，多根冷却管2中有两根弯管；其余冷却管2均为直管。其中，如图4所示，弯管包括直管部2a和弯管部2b，其中，弯管部2靠近冷却槽5的中心，且出流口21设置在弯管部2b的管壁上。通过混合设置弯管和直管，有利于在冷却槽5的周向上排布数量更多的冷却管2，同时有利于出流口21的排布设计。当然，在实际应用中，也可以根据具体需要使冷却管2均为直管，或者均为弯管。

可选的，冷却管2的数量为10个。当然，在实际应用中，也可以是其他任意数量。

在本实施例中，如图2所示，每根进水管7竖直设置，并且进水管7的上端与冷却管2连接，进水管7的下端贯穿冷却槽5的底部，并与冷却液体源(图中未示出)连接。由此，实现了冷却管的独立引出，省去了冷却液分配装置，可以使结构更紧凑，同时缩短冷却液体的流动路径，从而可以减少流速损失。

在本实施例中，如图3所示，腔室冷却装置还包括隔水板3，其设置在冷却槽5中，且位于冷却管2的上方；并且，在隔水板3的中心区域设置有通孔31，用于至少将冷却管2的出流口21暴露出来，从而使冷却槽5的中心区域呈开放状态，冷却液体可以通过该通孔31溢出，进而可以保证对应腔室的主要高温区域有足够水流，从而保证该区域冷却充分。

在本实施例中，如图2所示，腔室冷却装置还包括两个侧板9(图2仅示出了其中一个侧板9)，两个侧板9相对设置在冷却槽5中，且位于隔水板3的两侧(图2未示出隔水板3)；并且，侧板9的顶部高于隔水板3，且在两个侧板9的顶部分别设置有挡水条4，用于限定侧板9内侧冷却液体的最高水位。

具体来说，冷却槽5的容纳空间由两个侧板9分隔为中心区域和位于该中心区域两侧的边缘区域51，所有的冷却管2均设置在上述中心区域内。在冷却管2喷出冷却液体的过程中，冷却槽5位于中心区域内的水位逐渐上升，当水位超过挡水条4时，中心区域内的冷却液体溢出，并倾泻至两侧的边缘区域51中。

在本实施例中，如图3所示，在两个侧板9的内侧分别设置有两个喷流管6，两个喷流管6位于隔水板3的上方，且分别靠近隔水板3的对角位置处，并且每个喷流管6朝向对侧的侧板9方向喷出冷却液体，这等同于朝向由出流口21构成的环形的切线方向喷出冷却液体，从而可以增加冷却槽5中的冷却液体的旋转动力。可选的，喷流管6单独通过一根进水管提供冷却液体，且能够单独调节喷流管6的通断及流量。

可选的，设置在每个侧板9的内侧的喷流管6的数量可以为一个或者多个，且多个喷流管6沿水平方向间隔设置。

在本实施例中，如图1和图2所示，腔室冷却装置还包括底板1和安装板8，其中，底板1设置在冷却槽5中，且在该底板1中设置有沿其厚度贯通的中心通槽11；安装板8叠置在底板1上，并且冷却管2固定在安装板8上。借助底板1和安装板8，实现了冷却管2的安装和固定。进水管7自下而上贯通安装板8，并与冷却管2连接。

作为另一个技术方案，本实用新型实施例还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室和用于冷却该反应腔室的腔室冷却装置，该腔室冷却装置采用本实用新型实施例提供的上述腔室冷却装置。

本实用新型实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本实用新型实施例提供的上述腔室冷却装置，可以使结构更紧凑、减少流速损失，还可以对多根冷却管中的流量进行独立控制，从而可以提高可操作性和水流均匀性。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。