CN103985632B - 一种工艺管排气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工艺管排气装置，将半导体立式热处理设备工艺管的排气口与连通排气管路的排气管采用法兰相对接，法兰连接面之间具有间隙，并设有密封圈密封，在一侧法兰的连接面位于密封圈与法兰内壁之间处设有吹气口，吹气口通过法兰本体内的吹气腔道连通至吹气进气口，二侧法兰通过夹紧调节机构相固连；冷却吹扫气体经由吹气进气口、吹气腔道、吹气口进入法兰连接面之间的间隙，起到阻隔高温尾气、冷却密封圈及调节排气管内部温度和压力的作用，此外，在工艺处理前，通过气体吹扫，还可以达到净化排气管路的效果。本发明具有密封性好、提高耐温性、结构设计简单和具有可调性等显著特点。

Description

一种工艺管排气装置

技术领域

本发明涉及一种半导体立式热处理设备的排气装置，更具体地，涉及一种可通过隔离高温尾气实现有效密封和降温、调节排气管路内部温度和压力并进行净化的半导体立式热处理设备的工艺管排气装置。

背景技术

半导体立式炉热处理设备是集成电路装备的一种，可以包括中温热处理设备、高温热处理设备等。

半导体立式热处理设备在对晶圆进行热处理的过程中，工艺管内的工艺尾气会经排气管路排出。因为是中高温热处理制程，所以，经由排气管路排出的尾气温度一般会在600℃以上。当工艺尾气从半导体热处理设备工艺管的排气口排出后，进入排气管，并沿排气管路经尾气冷却装置冷却后回收。由于工艺气体的尾气为特种气体，所以，对整个排气管路要求具有优异的密封性能。而由于工艺尾气的温度过高，因此，在排气管路的连接处、特别是在半导体热处理设备工艺管的排气口与排气管的连接处，需要设计既能密封又能耐高温的结构。

目前，现有的工艺管排气装置在排气口与排气管的连接处，通常采用密封圈形式进行密封。而即使是性能优异的密封圈材料，其最高耐温也只能达到300℃以下。所以，单一的密封圈密封结构并不能满足实际需求。由于工艺管、排气口以及排气管路一般采用石英材料，并且在排气口附近的管路线路比较复杂，因此，要求在排气口处的连接及密封结构设计需要尽量的简单。上述半导体立式炉热处理设备工艺排气的特殊需求，造成现有的工艺管排气装置在设计上的困难，因而缺乏有效的改进措施。这造成现有的工艺管排气装置的密封圈不但使用寿命短、更换频率高，而且增添了尾气泄露的风险。针对半导体立式炉热处理设备工艺排气的需求，需要设计出满足高密封性、高耐温性、结构简单的排气装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型的工艺管排气装置，通过在连接工艺管排气口与排气管的法兰内设计冷却气体吹扫结构，可以一方面在具有间隙的法兰连接处形成一个气隔离效果，阻隔高温尾气，另一方面对法兰之间的密封圈表面进行降温，并通过可以调整压紧量的法兰夹紧调节机构调整法兰连接面之间的间隙，以改善密封圈周围的冷却环境，实现对密封圈周围的高温尾气进行隔离、冷却密封圈及调节排气管内部温度和压力的作用；此外，在工艺处理前，通过气体吹扫，还可以达到净化排气管路的效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种工艺管排气装置，包括半导体立式热处理设备工艺管的排气口，连接排气口的排气管，所述排气管通过排气管路连接至尾气冷却装置，所述排气口与所述排气管的连接处设有密封圈，其特征在于，所述排气口与所述排气管采用法兰相对接，排气口侧法兰与排气管侧法兰的法兰连接面之间具有一定间隙，所述法兰连接面之间通过环绕法兰圆周设置的密封圈相密封；二侧法兰中的其中一侧法兰的连接面位于所述密封圈与法兰内壁之间处设有吹气口，所述吹气口连通该侧法兰本体内的吹气腔道，所述吹气腔道设有通向该侧法兰本体外的吹气进气口；所述二侧法兰通过夹紧调节机构相固连；其中，可由所述吹气进气口吹入不同的冷却吹扫气体，经由所述吹气腔道、所述吹气口进入所述二侧法兰连接面之间的所述间隙，并由所述间隙进入所述法兰内壁，沿所述排气管通过所述排气管路排向所述尾气冷却装置。

由于工艺尾气排放时最高温度可达到600℃，而即使是性能优异的密封圈材料，其最高耐温也只能达到300℃以下，本发明为解决密封圈耐温低于尾气温度的问题，在连接工艺管排气口与排气管的法兰内，设计了气体吹扫结构。当工艺尾气排出，高温气流流经法兰连接处时，一方面法兰受热使与之接触的密封圈温度上升，另一方面高温气流经由法兰连接面处的间隙与密封圈直接接触。此时，可向吹气进气口通入低温吹扫气体，对法兰相关部位进行冷却并隔离高温尾气。由吹气口吹出的低温气体吹向法兰连接面，一方面能阻止高温气流与密封圈接触，起到气隔离的作用，另一方面，低温气体与密封圈直接接触，可降低密封圈的温度。根据半导体热处理设备的不同工艺，可以选择使用不同的吹扫气体，例如可以使用氮气、空气、氩气等。并且，可通过控制吹扫气体的温度和流量，对排气管的内部温度和压力进行调节。此外，排气管路在使用过程中，工艺尾气中的颗粒会在管路的内壁逐渐沉积，对排气管路造成污染，需要对排气管路定期进行净化。因此，在工艺处理之前，可以在吹气进气口接入吹扫气体，通入的吹扫气体经由吹气腔道、吹气口进入二侧法兰连接面之间的间隙，并由间隙进入法兰内壁，沿排气管通过排气管路排向尾气冷却装置，从而实现对工艺管外的整个排气管路的净化处理。

进一步地，所述二侧法兰位于所述密封圈与所述法兰内壁之间靠近所述法兰内壁的连接面处具有环绕法兰圆周设置的相配合的凹凸转折面结构，所形成的所述凹凸转折面之间具有一定间隙。凹凸转折面结构设计可避免流经排气管的大流量尾气对密封圈造成直接地温度冲击；同时，因排气管与排气口以及法兰的材料一般为石英，不能耐受较大的侧向机械安装力，此凹凸转折面结构设计可保证二个法兰在配合安装时的同心度，避免对排气管与排气口造成伤害。

进一步地，所述二侧法兰中的其中一侧法兰的连接面位于所述密封圈与所述吹气口之间处环绕法兰圆周设有一圈凸起的隔档，可防止吹扫气体与高温尾气接触后回流，影响对密封圈的降温效果。

进一步地，所述隔档的顶端与其相对侧法兰的连接面之间具有一定间隙。留有一定的间隙量，可使低温吹扫气体越过隔档，直接作用于密封圈，加速对密封圈的冷却，又可在密封圈与隔档之间的空隙存储一定的冷却气体，防止高温尾气的传热造成的不利影响。

进一步地，所述吹气口在所述二侧法兰中的其中一侧法兰的连接面环绕法兰圆周均匀设置多个，所述吹气口连通该侧法兰本体内环绕法兰圆周设置的吹气腔道。吹气口在法兰连接面沿圆周均匀设置多个，可保证吹扫气体吹入的均匀度，以均衡对密封圈的冷却及阻隔高温尾气。

进一步地，所述隔档与所述吹气口设于同一侧所述法兰的连接面处。

进一步地，所述隔档与所述吹气口也可以分别设于二侧所述法兰的连接面处。隔档与吹气口设在同一个法兰连接面上，或不同的法兰连接面上，所起到的效果是一样的。

进一步地，所述夹紧调节机构包括二个相对设置的夹板，所述二个夹板通过相配合的调节螺钉和螺母相固连，所述二个夹板将所述排气口侧法兰与所述排气管侧法兰夹持在其间，并通过所述二个夹板上设置的相配合的所述调节螺钉和螺母进行固定；所述二个夹板具有通过所述排气口与所述排气管的开口结构。由于排气管与排气口以及法兰的材料为石英，不能耐受较大的机械安装力，不适当的法兰固定结构，会对石英件产生破坏。本发明的夹紧调节机构，专门针对上述石英材料设计，通过夹板的形式固定石英法兰，可使法兰均匀受力，避免了法兰在安装时的易损现象。

进一步地，相配合的所述调节螺钉和螺母的数量为4个，分设于所述二个夹板的四个角部，所述调节螺钉上套有压缩弹簧；其中，通过所述螺母的旋转，使所述压缩弹簧具有不同的压紧力，来调整所述二个夹板所夹持的所述排气口侧法兰与所述排气管侧法兰连接面之间的间隙量。调节螺母的紧度，可以调整密封圈的压缩量，改变法兰连接面的间隙大小。当由法兰传递到密封圈的热量较大时，由于法兰连接面的间隙一定，吹扫气体不能及时降低密封圈的温度，此时，可调节夹紧调节机构，旋松螺母，使压缩弹簧松弛，以增大法兰连接面的间隙，实现快速降低密封圈的温度。

进一步地，所述二个夹板将所述排气口侧法兰与所述排气管侧法兰夹持在其间，二个所述夹板与其所夹持的相应侧法兰之间设有柔性垫片。在固定夹紧调节机构时，当调节螺母旋紧时，紧固力产生的变形可由垫片缓冲。

从上述技术方案可以看出，本发明通过在连接工艺管排气口与排气管的法兰内设计冷却气体吹扫结构，可通入一定温度和流量的冷却气体，在具有间隙的法兰连接处形成一个气隔离效果，阻隔高温尾气，对法兰之间的密封圈表面进行降温，并通过可以调整压紧量的法兰夹紧调节机构调整法兰连接面之间的间隙，以改善密封圈周围的冷却环境，实现对密封圈周围的高温尾气进行隔离、冷却密封圈及调节排气管内部温度和压力的作用，还可以在工艺处理前，通过气体吹扫，达到净化排气管路的效果。因此，本发明具有密封性好、提高耐温性、结构设计简单和具有可调性等显著特点。

附图说明

图1是本发明一种工艺管排气装置的安装结构示意图；

图2是本发明一种工艺管排气装置连接法兰的结构剖视图；

图3是图2的排气管连接法兰的俯视结构剖视图；

图4是本发明一种工艺管排气装置夹紧调节机构的结构示意图。

具体实施方式

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。

在本实施例中，请参阅图1，图1是本发明一种工艺管排气装置的安装结构示意图。如图所示，本发明的工艺管排气装置设于半导体立式热处理设备工艺管5的外部，工艺管5侧壁设有工艺气体的进气口2和工艺尾气的排气口1。进气口2和排气口1为石英材料。本发明的工艺管排气装置包括工艺管5的排气口1，连接排气口1的石英排气管3，排气管3通过排气管路连接至尾气冷却装置(图略)。排气口1与排气管3采用石英法兰14、15相对接。其中，排气口侧法兰14与排气管侧法兰15通过夹紧调节机构4固定连接在一起。从工艺管5内产生的工艺尾气，通过排气口1、连接法兰14和15、排气管3进入排气管路，并最终经过尾气冷却装置处理和回收。

请参阅图2，图2是本发明一种工艺管排气装置连接法兰的结构剖视图。如图所示，排气口侧法兰14与排气管侧法兰15的法兰连接面之间具有一定的间隙16，法兰14、15通过法兰内壁19、20与排气口1、排气管3相连通。法兰连接面之间通过环绕法兰圆周设置的密封圈7相密封。密封圈7可通过法兰14的法兰连接面上的凹槽来固定安装。在排气管侧法兰15的连接面位于密封圈7与排气管侧法兰内壁20之间处设有吹气口9，吹气口9连通排气管侧法兰15本体内的吹气腔道8，吹气腔道8设有通向排气管侧法兰15本体外的吹气进气口6。在通过本发明的排气装置对密封圈7进行冷却时，由吹气进气口6吹入的冷却吹扫气体经由吹气腔道8、吹气口9进入二侧法兰14、15连接面之间的间隙16，并由间隙16进入法兰内壁19、20，沿与法兰内壁20连通的排气管3通过排气管路排向尾气冷却装置(如图中箭头方向所示)。

请继续参阅图2。排气口侧法兰14与排气管侧法兰15位于密封圈7与法兰内壁19、20之间靠近法兰内壁的连接面处具有环绕法兰圆周设置的相配合的凹凸转折面17、18结构，所形成的凹凸转折面17、18之间也具有一定间隙。凹凸转折面结构设计可避免流经排气管的大流量尾气对密封圈造成直接地温度冲击。同时，因排气管与排气口以及法兰的材料为石英，不能耐受较大的侧向机械安装力，此凹凸转折面结构设计可保证二侧法兰在配合安装时的同心度，避免对排气管与排气口造成伤害。

请继续参阅图2。在排气管侧法兰15的连接面位于密封圈7与吹气口9之间处环绕法兰圆周设有一圈凸起的隔档10，可防止吹扫气体与排气管中的高温尾气接触后回流，影响对密封圈7的降温效果。隔档10的顶端与排气口侧法兰14的连接面之间也具有一定间隙。留有一定的间隙量，可使低温吹扫气体越过隔档10，直接作用于密封圈7，加速对密封圈7的冷却，又可在密封圈7与隔档10之间的空隙存储一定的冷却气体，防止高温尾气的传热造成的不利影响。

请参阅图3，图3是图2的排气管连接法兰的俯视结构剖视图。如图所示，吹气口9在排气管侧法兰的连接面环绕法兰圆周均匀设置多个。这些吹气口与排气管侧法兰本体内环绕法兰圆周设置的吹气腔道8相连通。吹气腔道8开有一个通向排气管侧法兰本体外的吹气进气口6。吹气口在法兰连接面沿圆周均匀设置多个，可保证从吹气进气口通入的吹扫气体(如图中箭头方向所示)吹入的均匀度，以均衡对密封圈的冷却及阻隔高温尾气。

请参阅图4，图4是本发明一种工艺管排气装置夹紧调节机构的结构示意图。如图所示，夹紧调节机构包括二个相对设置的夹板11、22，二个夹板11、22通过设于四个角部的相配合的4对调节螺钉24和螺母13连接在一起。二个夹板22、11可将排气口侧法兰14与排气管侧法兰15夹持在其间，并通过二个夹板上设置的相配合的调节螺钉24和螺母13进行固定。二个夹板11、22分别设有对应的槽形开口25、26，用来通过排气口1与排气管3。排气管与排气口以及法兰采用石英材料，不能耐受较大的机械安装力，不适当的法兰固定结构，会对石英件产生破坏。本发明通过夹板的形式固定石英法兰，可使法兰均匀受力，避免了法兰在安装时的易损现象。

请继续参阅图4。在调节螺钉24上位于夹板11与螺母13之间的位置套有压缩弹簧21(共4个)。在压缩弹簧21安装时，先使压缩弹簧具有一定的压缩量，当旋转螺母13时，可使压缩弹簧21具有不同的压紧力，用来调整二个夹板22、11所夹持的排气口侧法兰14与排气管侧法兰15连接面之间的间隙量。因此，可通过调节螺母的紧度，来相应调整密封圈的压缩量，以改变法兰连接面的间隙大小。当由法兰传递到密封圈的热量较大时，由于法兰连接面的间隙一定，吹扫气体不能及时降低密封圈的温度，此时，可调节夹紧调节机构，旋松螺母，使压缩弹簧松弛，以增大法兰连接面的间隙，实现快速降低密封圈的温度。

请继续参阅图4。二个夹板将排气口侧法兰与排气管侧法兰夹持在其间，在二个夹板22、11与其所夹持的相应侧法兰之间设有聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)垫片23、12。PTFE垫片具有一定的柔性，在固定夹紧调节机构时，当调节螺母旋紧时，紧固力产生的变形可由垫片缓冲，以防止法兰因直接受到较大的压紧力而损坏。

由于工艺尾气排放时最高温度可达到600℃，而即使是性能优异的密封圈材料，其最高耐温也只能达到300℃以下。本发明为解决密封圈耐温低于尾气温度的问题，在连接工艺管排气口与排气管的法兰内，设计了气体吹扫结构。应用本发明时，当工艺尾气由半导体热处理设备的工艺管5内自排气口1排出，高温气流流经法兰14、15连接处时，一方面法兰受热会使与之接触的密封圈7温度上升，另一方面高温气流还会经由法兰连接面处的间隙16与密封圈7直接接触。此时，根据半导体热处理设备的不同工艺，可以选择使用不同的吹扫气体，例如可以使用氮气、空气、氩气等，在吹气进气口6通入冷却吹扫气体，通过吹气腔道8向吹气口9吹出低温的气体。吹扫气体沿二侧法兰14、15之间的间隙16吹向法兰连接面，由于受到隔档10的阻挡，只有少部分进入隔档10与密封圈7之间的空隙，其余大部分将沿法兰连接面的间隙，顺着凹凸转折面17、18吹向法兰内壁19、20连通的排气管道，从而阻止了高温尾气进入法兰连接面的间隙。当由法兰传递到密封圈7的热量较大时，可调节夹紧调节机构4，旋松螺母13，使压缩弹簧21松弛，以增大法兰连接面的间隙16，扩大冷却空间，让更多的冷却气体进入间隙，实现快速降低密封圈7的温度。在通入吹扫气体的过程中，还可通过控制吹扫气体的温度和流量，对排气管的内部温度和压力进行调节。此外，排气管路在使用过程中，工艺尾气中的颗粒会在管路的内壁逐渐沉积，对排气管路造成污染，需要对排气管路定期进行净化。这时，在工艺处理之前，可以在吹气进气口接入吹扫气体，通入的吹扫气体经由吹气腔道、吹气口进入二侧法兰连接面之间的间隙，并由间隙进入法兰内壁，沿排气管通过排气管路排向尾气冷却装置，从而实现对工艺管外的整个排气管路的净化处理。

因此，本发明的工艺管排气装置一方面能阻止高温气流与密封圈接触，起到气隔离的作用；另一方面，低温气体与密封圈直接接触，可降低密封圈的温度。并且，可通过控制吹扫气体的温度和流量，对排气管的内部温度和压力进行调节。此外，在工艺处理之前，还可以通过通入吹扫气体对排气管路进行净化处理。

需要说明的是，上述实施例中的吹气口、吹气腔道和吹气进气口的结构也可以在排气口侧法兰的相应位置设置；隔档与吹气口设在同一个法兰连接面上，或不同的法兰连接面上，所起到的效果都是一样的；吹气进气口根据冷却气体流量控制需要可以设置一个，或者多个；压缩弹簧也可装在螺钉的其他部位，只要其长度与压紧作用相适应即可。本行业普通技术人员都可以很好地理解，故此处不再赘述。

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。

Claims (10)

1.一种工艺管排气装置，包括半导体立式热处理设备工艺管的排气口，连接排气口的排气管，所述排气管通过排气管路连接至尾气冷却装置，所述排气口与所述排气管的连接处设有密封圈，其特征在于，所述排气口与所述排气管采用法兰相对接，排气口侧法兰与排气管侧法兰的法兰连接面之间具有一定间隙，所述法兰连接面之间通过环绕法兰圆周设置的密封圈相密封；二侧法兰中的其中一侧法兰的连接面位于所述密封圈与法兰内壁之间处设有吹气口，所述吹气口连通该侧法兰本体内的吹气腔道，所述吹气腔道设有通向该侧法兰本体外的吹气进气口；所述二侧法兰通过夹紧调节机构相固连；其中，可由所述吹气进气口吹入不同的冷却吹扫气体，经由所述吹气腔道、所述吹气口进入所述二侧法兰连接面之间的所述间隙，并由所述间隙进入所述法兰内壁，沿所述排气管通过所述排气管路排向所述尾气冷却装置。

2.如权利要求1所述的工艺管排气装置，其特征在于，所述二侧法兰位于所述密封圈与所述法兰内壁之间靠近所述法兰内壁的连接面处具有环绕法兰圆周设置的相配合的凹凸转折面结构，所形成的所述凹凸转折面之间具有一定间隙。

3.如权利要求1所述的工艺管排气装置，其特征在于，所述二侧法兰中的其中一侧法兰的连接面位于所述密封圈与所述吹气口之间处环绕法兰圆周设有一圈凸起的隔档。

4.如权利要求3所述的工艺管排气装置，其特征在于，所述隔档的顶端与其相对侧法兰的连接面之间具有一定间隙。

5.如权利要求1所述的工艺管排气装置，其特征在于，所述吹气口在所述二侧法兰中的其中一侧法兰的连接面环绕法兰圆周均匀设置多个，所述吹气口连通该侧法兰本体内环绕法兰圆周设置的吹气腔道。

6.如权利要求3所述的工艺管排气装置，其特征在于，所述隔档与所述吹气口设于同一侧所述法兰的连接面处。

7.如权利要求3所述的工艺管排气装置，其特征在于，所述隔档与所述吹气口分别设于二侧所述法兰的连接面处。

8.如权利要求1所述的工艺管排气装置，其特征在于，所述夹紧调节机构包括二个相对设置的夹板，所述二个夹板通过相配合的调节螺钉和螺母相固连，所述二个夹板将所述排气口侧法兰与所述排气管侧法兰夹持在其间，并通过所述二个夹板上设置的相配合的所述调节螺钉和螺母进行固定；所述二个夹板具有通过所述排气口与所述排气管的开口结构。

9.如权利要求8所述的工艺管排气装置，其特征在于，相配合的所述调节螺钉和螺母的数量为4个，分设于所述二个夹板的四个角部，所述调节螺钉上套有压缩弹簧；其中，通过所述螺母的旋转，使所述压缩弹簧具有不同的压紧力，来调整所述二个夹板所夹持的所述排气口侧法兰与所述排气管侧法兰连接面之间的间隙量。

10.如权利要求8或9所述的工艺管排气装置，其特征在于，所述二个夹板将所述排气口侧法兰与所述排气管侧法兰夹持在其间，二个所述夹板与其所夹持的相应侧法兰之间设有柔性垫片。