CN109338333B - 一种管式lpcvd真空反应室 - Google Patents

一种管式lpcvd真空反应室 Download PDF

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Abstract

本发明公开了管式LPCVD真空反应室，包括炉门、前端法兰、前支撑法兰、前密封组件、加热炉体、后支撑法兰、后密封组件、尾端法兰、内层石英管和外层石英管，加热炉体套于外层石英管上，前支撑法兰和后支撑法兰分别位于外层石英管的两端的外管壁上，前支撑法兰、加热炉体和后支撑法兰三者固定设置，炉门与前端法兰连接，前端法兰盖设于内、外层石英管的前端端口，前端法兰与外层石英管之间通过前密封组件连接，前密封组件固定在前支撑法兰上，尾端法兰设于内、外层石英管的后端，且尾端法兰与外、内层石英管之间通过后密封组件连接，后密封组件固定在后支撑法兰上。本发明具有拆卸维护更加简单、快捷，缩短了维护时间，经济效益显著的优点。

Description

一种管式LPCVD真空反应室
技术领域
本发明涉及LPCVD(低压化学气相沉积)设备，尤其涉及一种管式LPCVD真空反应室。
背景技术
LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低压化学气相沉积)设备是在低压高温条件下，通过混合气体的化学反应生成固体反应物并使其沉积在硅片表面形成薄膜，是化学气相沉积(CVD)设备当中的一种，主要应用于集成电路、电力电子、光伏、微机电系统等行业。在光伏行业中，LPCVD主要应用于多晶硅、非晶硅、SiO2、Si3N4、磷硅玻璃(PSG)和掺硼磷硅玻璃(BPSG)等多种薄膜的生长与沉积。作为CVD设备当中的一种，其最为重要功能或最终的目标仍然是CVD反应，因而反应室是整个设备的核心，也是设计的核心点。
现阶段采用真空反应室均为单层石英管，首先，当单层石英管内壁淀积多晶硅薄膜达到一定厚度以后，当遇到突然断电或降温维护时，石英管内壁覆盖有多晶硅的地方就会产生裂纹，使得石英管报废，石英管的使用寿命非常低，重新拆换石英管也异常繁琐，需要重新对反应室进行密封安装。其次，单层石英管前后均采用单层水冷法兰，单层水冷法兰的冷却效果较差，密封圈容易老化导致漏气。第三，进气口多为在炉口设计一根3/8’的不锈钢圆管伸入反应腔室，深入长度约100mm，进气端管路中的气体进入反应室时，由于气体输送的截面积急剧扩大，使得气流不稳定，进而影响到了炉口附近硅片的薄膜均匀性，同时，炉口往炉尾方向，反应气体的消耗容易使气体的组分出现变化，导致淀积速率、薄膜性能不一致，影响薄膜的工艺质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种拆卸维护更加简单、快捷，缩短了维护时间，经济效益显著的具有双层石英管的管式LPCVD真空反应室。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种管式LPCVD真空反应室，包括炉门、前端法兰、前支撑法兰、前密封组件、加热炉体、后支撑法兰、后密封组件、尾端法兰、内层石英管和外层石英管，所述外层石英管套于内层石英管的外部，所述加热炉体套于外层石英管上，所述前支撑法兰和后支撑法兰分别位于外层石英管的两端的外管壁上，所述前支撑法兰、加热炉体和后支撑法兰三者固定设置，所述炉门与前端法兰连接，所述前端法兰盖设于内层石英管和外层石英管的前端端口，所述前端法兰与外层石英管之间通过前密封组件连接，所述前密封组件固定在前支撑法兰上，所述尾端法兰设于内层石英管和外层石英管的后端，且尾端法兰与外层石英管和内层石英管之间通过后密封组件连接，所述后密封组件固定在后支撑法兰上。
作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述前密封组件包括均套于外层石英管上的第一密封法兰和第二密封法兰，所述前端法兰与第一密封法兰连接，所述第一密封法兰与第二密封法兰连接，所述第二密封法兰与前支撑法兰连接。
作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述第一密封法兰和第二密封法兰均为水冷法兰，所述炉门与前端法兰之间设有密封圈，所述前端法兰与第一密封法兰之间以及前端法兰与内层石英管前端端口之间设有密封圈，所述第一密封法兰与外层石英管的前端端口之间设有密封圈，所述第二密封法兰和外层石英管的外管壁之间设有密封圈。
作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述后密封组件包括均套于外层石英管上的第三密封法兰和第四密封法兰，所述第三密封法兰与后支撑法兰连接，所述第四密封法兰与第三密封法兰连接，所述尾端法兰与第四密封法兰连接，所述第四密封法兰具有径向密封部，所述径向密封部与内层石英管和外层石英管的后端端口之间设有密封软垫。
作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述密封软垫为聚四氟挡环；所述第三密封法兰和第四密封法兰均为水冷法兰，所述尾端法兰与第四密封法兰之间设有密封圈，所述第三密封法兰与加热炉体的外管壁之间设有密封圈。
作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述前端法兰的圆周面上均布至少一圈环形进气孔，所述环形进气孔与内层石英管相通。
作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述加热炉体的前端和后端分别设有前保温棉圈和后保温棉圈，所述前保温棉圈对应设有前保温棉托，所述前保温棉托固定设置且套于外层石英管上，所述前保温棉圈一端套在前保温棉托内，且该端端面设置一个挡板，所述挡板固定在前保温棉托上，前保温棉圈另一端套在加热炉体内，所述后保温棉圈一端套在后支撑法兰内，另一端套在加热炉体内。
作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述前保温棉托与前支撑法兰之间具有一定间隙，所述后支撑法兰与第三密封法兰之间具有一定间隙，所述第三密封法兰与后支撑法兰之间通过多个周向均匀布置的支撑杆连接。
作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述尾端法兰上固定有两根进气注入管，所述进气注入管伸入内层石英管内的一端具有线性均布出气孔。
作为上述技术方案的进一步改进，优选的，所述尾端法兰上固定有内热偶，所述内热偶伸入内层石英管内。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的管式LPCVD真空反应室，外层石英管用于真空密封，内层石英管用作工艺管，一旦内层石英管损坏时，只需要拆卸前端法兰及其附属气路接头，将内层石英管拔出即可更换，该全新的结构设计使得内石英管的拆卸维护更加简单、快捷，缩短了维护时间，经济效益显著。
(2)本发明的管式LPCVD真空反应室，在内层石英管的前端采用环形进气方式，在后端采用具有多个线性出气孔的喷淋进气方式，前端进气使得内层石英管内的气场更加均匀，在后端伸入进气注入管用于补偿气体的消耗，二者结合使工艺气体在反应室内气流更加均匀，提高了多晶硅薄膜的工艺质量。
(3)本发明的管式LPCVD真空反应室，外层石英管的前端和后端均采用双水冷法兰密封，对O型密封圈进行保护，同时在内外层石英管前后端均露空一段距离用于空冷，使得外层石英管的前后两端的密封组件轴向远离加热炉体炉膛热源，降低了密封面温度也就是降低了O型密封圈的文帝，有效减缓了O型密封圈的老化，大大提高了反应室的密封性，确保了反应室密封性能优异。此外，在反应室前端，前端法兰与内外层石英管端面利用密封圈实现软接触；在反应室后端，第四密封法兰与内外层石英管利用聚四氟挡环实现了软接触，极大的提高了内外层石英管安装可靠性、安全性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1中B-B截面图。
图3是图2中E处放大图。
图4是图2中的F处放大图。
图中各标号表示：
100、炉门；200、前端法兰；210、环形进气孔；300、前支撑法兰；400、前密封组件；401、密封圈；410、第一密封法兰；420、第二密封法兰；500、加热炉体；510、前保温棉圈；511、前保温棉托；512、挡板；520、后保温棉圈；600、后支撑法兰；610、支撑杆；700、后密封组件；710、第三密封法兰；720、第四密封法兰；721、径向密封部；730、密封软垫；800、尾端法兰；810、进气注入管；811、出气孔；820、内热偶；830、连接管；910、内层石英管；920、外层石英管。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1至图4所示，本实施例的管式LPCVD真空反应室，包括炉门100、前端法兰200、前支撑法兰300、前密封组件400、加热炉体500、后支撑法兰600、后密封组件700、尾端法兰800、内层石英管910和外层石英管920，外层石英管920套于内层石英管910的外部，加热炉体500套于外层石英管920上，前支撑法兰300和后支撑法兰600分别位于外层石英管920的两端的外管壁上，炉门100与前端法兰200连接，前端法兰200盖设于内层石英管910和外层石英管920的前端端口，前端进气法兰200与外层石英管920之间通过前密封组件400连接，前端进气法兰200与内层石英管910的之间也为密封连接，前密封组件400固定在前支撑法兰300上，尾端法兰800设于内层石英管910和外层石英管920的后端，且尾端法兰800与外层石英管920和内层石英管910之间通过后密封组件700连接，后密封组件700固定在后支撑法兰600上。
在安装时，前支撑法兰300、加热炉体500和后支撑法兰600三者固定设置，从前端插入外层石英管920，在外层石英管920的前端和后端安装前密封组件400和后密封组件700，然后将尾端法兰800压紧在后密封组件700上，之后，从前端插入内层石英管910，内层石英管910后端端口抵在后密封组件700上，然后安装前端法兰200压紧前密封组件400，封住内层石英管910和外层石英管920的前端端口最后安装炉门100，或者炉门100也可以在安装前端法兰200之间，先安装在前端法兰200上。本发明的管式LPCVD真空反应室，外层石英管920用于真空密封，内层石英管910用作工艺管，一旦内层石英管910损坏时，只需要拆卸前端法兰200及其附属气路接头，将内层石英管910拔出即可更换，该全新的结构设计使得内石英管的拆卸维护更加简单、快捷，缩短了维护时间，经济效益显著。
本实施例中，前端法兰200的圆周面上均布一圈环形进气孔210，环形进气孔210与内层石英管910相通。尾端法兰800上固定有两根进气注入管810，进气注入管810伸入内层石英管910内的一端具有线性均布出气孔811。进气注入管810为不锈钢管，其位于内层石英管910的外端连接VCR接头，进气注入管810固定在尾端法兰800上，连接方式为KF接头，便于拆卸，维护方便。在内层石英管910的前端采用环形进气方式，在后端采用具有多个线性出气孔811的喷淋进气方式，前端进气使得内层石英管910内的气场更加均匀，在后端伸入进气注入管810用于补偿气体的消耗，二者结合使工艺气体在反应室内气流更加均匀，提高了多晶硅薄膜的工艺质量。
本实施例中，尾端法兰800上固定有内热偶820，内热偶820伸入内层石英管910内，并尽量靠近前端，由于内层石英管910在外层石英管920的内层，而加热炉体500直接对外层石英管920进行加热，因此内层石英管910温度上升时间相比于外层石英管920略慢，通过设置内热偶820，监控内层石英管910的温度，使其达到反应的温度。
本实施例中，加热炉体500的前端和后端分别设有前保温棉圈510和后保温棉圈520，前保温棉圈510对应设有前保温棉托511，前保温棉托511固定设置且套于外层石英管920上，前保温棉圈510一端套在前保温棉托511内，且该端端面设置一个挡板512，挡板512固定在前保温棉托511上，前保温棉圈510另一端套在加热炉体500内，后保温棉圈520一端套在后支撑法兰600内，另一端套在加热炉体500内。
本实施例中，前保温棉托511与前支撑法兰300之间具有一定间隙，后支撑法兰600与第三密封法兰710之间具有一定间隙，第三密封法兰710与后支撑法兰600之间通过多个周向均匀布置的支撑杆610连接。
本实施例中，前密封组件400包括均套于外层石英管920上的第一密封法兰410和第二密封法兰420，前端法兰200与第一密封法兰410连接，第一密封法兰410与第二密封法兰420连接，第二密封法兰420与前支撑法兰300连接。第一密封法兰410和第二密封法兰420均为水冷法兰，炉门100与前端法兰200之间设有密封圈401，前端进气法兰200与第一密封法兰410之间以及前端法兰200与内层石英管910前端端口之间设有密封圈401，第一密封法兰410与外层石英管920的前端端口之间设有密封圈401，第二密封法兰420和外层石英管920的外管壁之间设有密封圈401。
后密封组件700包括均套于外层石英管920上的第三密封法兰710和第四密封法兰720，第三密封法兰710与后支撑法兰600连接，第四密封法兰720与第三密封法兰710连接，尾端法兰800与第四密封法兰720连接，第四密封法兰720具有径向密封部721，径向密封部721与内层石英管910和外层石英管920的后端端口之间设有密封软垫730。第三密封法兰710和第四密封法兰720均为水冷法兰，尾端法兰800与第四密封法兰720之间设有密封圈401，第三密封法兰710与加热炉体500的外管壁之间设有密封圈401。具体的，密封软垫730为聚四氟挡环。所有密封圈401为O型密封圈。
外层石英管920的前端和后端均采用双水冷法兰密封，对O型密封圈进行保护，同时在内外层石英管前后端均露空一段距离用于空冷，使得外层石英管920的前后两端的密封组件轴向远离加热炉体500炉膛热源，降低了密封面温度也就是降低了O型密封圈的文帝，有效减缓了O型密封圈的老化，大大提高了反应室的密封性，确保了反应室密封性能优异。此外，在反应室前端，前端法兰200与内外层石英管端面利用密封圈实现软接触；在反应室后端，第四密封法兰720与内外层石英管利用聚四氟挡环实现了软接触，极大的提高了内外层石英管安装可靠性、安全性。
本实施例的管式LPCVD真空反应室的安装步骤如下：
1)固定前支撑法兰300、前保温棉托511、加热炉体500、后支撑法兰600，塞入前保温棉圈510和后保温棉圈520，将挡板512固定在前保温棉托511上；
2)将支撑杆610与后支撑法兰600连接，将第三密封法兰710与支撑杆610，将第二密封法兰420与前支撑法兰300连接；
3)从前端塞入外层石英管920，在管口和管尾，分别将(O型)密封圈401套入外层石英管920外壁，再分别用第一密封法兰410、第四密封法兰720将密封圈401压紧密封，将聚四氟挡环(密封软垫730)安装在第四密封法兰720的径向密封部721，并压紧；
4)安装尾端法兰800，采用(O型)密封圈401密封；
5)从前端塞入内层石英管910，直到其尾部抵住聚四氟挡环，再安装前端法兰200和炉门100；
6)内热偶820和进气注入管810从尾端法兰800处连接管830伸入内层石英管910，并采用快卸卡箍和带O型密封圈的中心支架密封连接。
本发明的管式LPCVD真空反应室采用双层石英管不限于LPCVD工艺，也可用于其他CVD工艺。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种管式LPCVD真空反应室，其特征在于：包括炉门(100)、前端法兰(200)、前支撑法兰(300)、前密封组件(400)、加热炉体(500)、后支撑法兰(600)、后密封组件(700)、尾端法兰(800)、内层石英管(910)和外层石英管(920)，所述外层石英管(920)套于内层石英管(910)的外部，所述加热炉体(500)套于外层石英管(920)上，所述前支撑法兰(300)和后支撑法兰(600)分别位于外层石英管(920)的两端的外管壁上，所述前支撑法兰(300)、加热炉体(500)和后支撑法兰(600)三者固定设置，所述炉门(100)与前端法兰(200)连接，所述前端法兰(200)盖设于内层石英管(910)和外层石英管(920)的前端端口，所述前端法兰(200)与外层石英管(920)之间通过前密封组件(400)连接，所述前密封组件(400)固定在前支撑法兰(300)上，所述尾端法兰(800)设于内层石英管(910)和外层石英管(920)的后端，且尾端法兰(800)与外层石英管(920)和内层石英管(910)之间通过后密封组件(700)连接，所述后密封组件(700)固定在后支撑法兰(600)上。
2.根据权利要求1所述的管式LPCVD真空反应室，其特征在于：所述前密封组件(400)包括均套于外层石英管(920)上的第一密封法兰(410)和第二密封法兰(420)，所述前端法兰(200)与第一密封法兰(410)连接，所述第一密封法兰(410)与第二密封法兰(420)连接，所述第二密封法兰(420)与前支撑法兰(300)连接。
3.根据权利要求2所述的管式LPCVD真空反应室，其特征在于：所述第一密封法兰(410)和第二密封法兰(420)均为水冷法兰，所述炉门(100)与前端法兰(200)之间设有密封圈(401)，所述前端法兰(200)与第一密封法兰(410)之间以及前端法兰(200)与内层石英管(910)前端端口之间设有密封圈(401)，所述第一密封法兰(410)与外层石英管(920)的前端端口之间设有密封圈(401)，所述第二密封法兰(420)和外层石英管(920)的外管壁之间设有密封圈(401)。
4.根据权利要求1所述的管式LPCVD真空反应室，其特征在于：所述后密封组件(700)包括均套于外层石英管(920)上的第三密封法兰(710)和第四密封法兰(720)，所述第三密封法兰(710)与后支撑法兰(600)连接，所述第四密封法兰(720)与第三密封法兰(710)连接，所述尾端法兰(800)与第四密封法兰(720)连接，所述第四密封法兰(720)具有径向密封部(721)，所述径向密封部(721)与内层石英管(910)和外层石英管(920)的后端端口之间设有密封软垫(730)。
5.根据权利要求4所述的管式LPCVD真空反应室，其特征在于：所述密封软垫(730)为聚四氟挡环；所述第三密封法兰(710)和第四密封法兰(720)均为水冷法兰，所述尾端法兰(800)与第四密封法兰(720)之间设有密封圈(401)，所述第三密封法兰(710)与加热炉体(500)的外管壁之间设有密封圈(401)。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的管式LPCVD真空反应室，其特征在于：所述前端法兰(200)的圆周面上均布至少一圈环形进气孔(210)，所述环形进气孔(210)与内层石英管(910)相通。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的管式LPCVD真空反应室，其特征在于：所述加热炉体(500)的前端和后端分别设有前保温棉圈(510)和后保温棉圈(520)，所述前保温棉圈(510)对应设有前保温棉托(511)，所述前保温棉托(511)固定设置且套于外层石英管(920)上，所述前保温棉圈(510)一端套在前保温棉托(511)内，且该端端面设置一个挡板(512)，所述挡板(512)固定在前保温棉托(511)上，前保温棉圈(510)另一端套在加热炉体(500)内，所述后保温棉圈(520)一端套在后支撑法兰(600)内，另一端套在加热炉体(500)内。
8.根据权利要求7所述的管式LPCVD真空反应室，其特征在于：所述前保温棉托(511)与前支撑法兰(300)之间具有一定间隙，所述后支撑法兰(600)与第三密封法兰(710)之间具有一定间隙，所述第三密封法兰(710)与后支撑法兰(600)之间通过多个周向均匀布置的支撑杆(610)连接。
9.根据权利要求1至5任意一项所述的管式LPCVD真空反应室，其特征在于：所述尾端法兰(800)上固定有两根进气注入管(810)，所述进气注入管(810)伸入内层石英管(910)内的一端具有线性均布出气孔(811)。
10.根据权利要求1至5任意一项所述的管式LPCVD真空反应室，其特征在于：所述尾端法兰(800)上固定有内热偶(820)，所述内热偶(820)伸入内层石英管(910)内。
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