CN111058093B - 腔室密封组件及生长炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种腔室密封组件及生长炉，该腔室密封组件环绕设置在炉膛法兰与反应腔体之间，其包括：密封圈；以及密封隔环，所述密封隔环的轴向两侧均设置有密封圈，用于分隔并支撑密封圈；并且，在密封隔环中设置有第一抽气通道，第一抽气通道的第一端和第二端分别位于密封隔环的内周壁和外周壁上；在炉膛法兰中设置有第二抽气通道，第二抽气通道的第一端与第一抽气通道的第二端连接；第二抽气通道的第二端用于与抽气装置连接。本发明提供的腔室密封组件，其不仅可以避免空气泄入反应腔体中，同时可以提高腔室拆卸维护的效率，避免存在的损坏反应腔体的风险。

Description

腔室密封组件及生长炉
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种腔室密封组件及生长炉。
背景技术
碳化硅(SiC)单晶具有高导热率、高击穿电压、高载流子迁移率、高化学稳定性等优良的半导体物理性质，可以制作成在高温、强辐射条件下工作的高频、高功率电子器件和光电子器件，在国防、高科技、工业生产、供电、变电等领域具有巨大的应用价值，被看作是极具发展前景的第三代宽禁带半导体材料。
碳化硅单晶材料的生长需要特殊的工艺装备。该工艺装备主要包括生长炉组件、加热组件、气体组件及控制组件等，其中，生长炉组件是关键结构之一。图1为生长炉的结构简图。请参阅图1，生长炉包括反应腔体1、上腔膛2和下腔膛3，上腔膛2和下腔膛3分别自反应腔体1的上端和下端套设在反应腔体1上。并且，在上膛腔2与反应腔体1之间以及下腔膛3与反应腔体1之间设置有密封组件(图中未示出)，以使反应腔体1形成密封腔体。按照目前SiC生长工艺需求，该密闭腔体需要维持较高的真空度水平。
上述密封组件通常包括两个密封隔环和设置在二者之间，且相互间隔的两个密封圈。但是，在安装时，在两个密封圈之间会封入空气，在反应腔体1完成抽真空后，腔室内部的真空度较高，由于两个密封圈之间的间隔中的压强与腔室内压差异较大，不可避免地，封入两个密封圈之间的间隔中的空气会有极少量泄入到腔室内，从而导致腔室的压升率升高，影响晶体生长工艺的开展。同时，由于两个密封圈之间的间隔的压强低于外界大气压强，导致在进行拆腔维护时，该间隔处于负压状态，从而造成炉膛法兰拆除困难，存在损坏反应腔体的风险。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种腔室密封组件及生长炉，其不仅可以避免空气泄入反应腔体中，同时可以提高腔室拆卸维护的效率，避免存在的损坏反应腔体的风险。
为实现本发明的目的而提供一种腔室密封组件，环绕设置在炉膛法兰与反应腔体之间，包括：
密封圈；以及
密封隔环，所述密封隔环的轴向两侧均设置有所述密封圈，用于分隔并支撑所述密封圈；
并且，在所述密封隔环中设置有第一抽气通道，所述第一抽气通道的第一端和第二端分别位于所述密封隔环的内周壁和外周壁上；在所述炉膛法兰中设置有第二抽气通道，所述第二抽气通道的第一端与所述第一抽气通道的第二端连接；所述第二抽气通道的第二端用于与抽气装置连接。
可选的，所述第一抽气通道包括沿所述密封隔环的周向均匀分布的多个抽气孔，每个所述抽气孔沿所述密封隔环的径向贯通所述密封隔环。
可选的，在所述密封隔环的内周壁上形成有环形凹槽，每个所述抽气孔位于所述环形凹槽中。
可选的，所述抽气孔的直径是所述密封隔环的轴向厚度的四分之一。
可选的，所述抽气孔的数量的取值范围在12～36个。
可选的，所述抽气孔的轴线位于所述密封隔环轴向厚度的中间位置处。
可选的，所述第二抽气通道的第二端位于所述炉膛法兰的外周壁上。
可选的，还包括上垫环和下垫环，二者沿所述反应腔体的轴向间隔设置；所述密封圈为两个，分别位于所述密封隔环的上下两侧；所述密封隔环和所述密封圈均位于所述上垫环和所述下垫环之间。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种生长炉，包括反应腔体、上腔膛和下腔膛，所述上腔膛和下腔膛分别套设在所述反应腔体的上端和下端；并且，所述上腔膛和下腔膛均包括由下而上依次叠置的法兰端盖、炉膛法兰和炉膛体；其中，所述炉膛法兰的内周壁与所述反应腔体的外周壁之间具有环形间隙；
在所述环形间隙中设置有腔室密封组件，所述腔室密封组件采用本发明提供的上述腔室密封组件。
可选的，所述抽气装置包括真空接头、抽气管路和抽气泵，其中，
所述真空接头与所述第二抽气通道的第二端连接；
所述抽气管路分别与所述抽气泵和所述真空接头连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的腔室密封组件，其通过在密封隔环中设置有第一抽气通道，并在炉膛法兰中设置有第二抽气通道，可以利用抽气装置依次通过该第二抽气通道和第一抽气通道抽取上垫环和下垫环之间的空气，从而可以避免空气泄入反应腔体中，保证了腔室对压升率的要求；同时，还可以在对腔室拆卸维护时，借助第二抽气通道和第一抽气通道向上垫环和下垫环之间的间隔中通气，以接触该间隔中的负压状态，便于炉膛法兰的拆卸，从而可以提高腔室拆卸维护的效率，避免存在的损坏反应腔体的风险。
本发明提供的生长炉，其通过采用本发明提供的上述腔室密封组件，不仅可以避免空气泄入反应腔体中，同时可以提高腔室拆卸维护的效率，避免存在的损坏反应腔体的风险。
附图说明
图1为生长炉的结构简图；
图2为本发明实施例采用的生长炉的局部剖视图；
图3为图2中I区域的放大图；
图4为本发明实施例采用的密封隔环的结构图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的腔室密封组件及生长炉进行详细描述。
请参阅图1，为本发明实施例采用的生长炉的局部剖视图。该生长炉包括反应腔体10、上腔膛和下腔膛，上腔膛和下腔膛分别自反应腔体10的上端和下端套设在反应腔体10上。图1仅示出了上炉膛及其与反应腔体10的密封结构的局部剖视图。由于下炉膛与反应腔体10之间的密封结构与上炉膛和反应腔体10的密封结构相类似，本实施例仅以上炉膛和反应腔体10的密封结构为例。
在本实施例中，上炉膛包括由上而下依次设置的上端盖13、上炉膛体12和炉膛法兰11，其中，炉膛法兰11套设在反应腔体10上，且借助腔室密封组件14实现与反应腔体10的密封。
请一并参阅图2和图3，本实施例提供的腔室密封组件，其环绕设置在炉膛法兰11与反应腔体10之间，用于对二者之间的间隙进行密封。该腔室密封组件包括密封圈143和密封隔环144。该密封隔环144的轴向两侧均设置有密封圈143，用于分隔并支撑密封圈143。
但是，在安装时，在密封隔环144两侧的密封圈143之间的间隔中会封入空气，在反应腔体10完成抽真空后，腔室内部的真空度较高，由于两侧密封圈143之间的间隔中的压强与腔室内压差异较大，不可避免地，封入两侧密封圈143之间的间隔中的空气会有极少量泄入到腔体内，从而导致腔体的压升率升高，影响晶体生长工艺的开展。同时，由于两侧密封圈143之间的间隔的压强低于外界大气压强，导致在进行拆腔维护时，该间隔处于负压状态，从而造成炉膛法兰拆除困难，存在损坏反应腔体的风险。
为了解决上述问题，在本实施例中，在密封隔环144中设置有第一抽气通道1441，该第一抽气通道1441的第一端和第二端分别位于密封隔环144的内周壁和外周壁上；并且，在炉膛法兰11中设置有第二抽气通道111，该第二抽气通道111的第一端与第一抽气通道1441的第二端连接；第二抽气通道111的第二端用于与抽气装置(图中未示出)连接。
通过在密封隔环144中设置有第一抽气通道1441，并在炉膛法兰11中设置有第二抽气通道111，可以利用抽气装置依次通过该第二抽气通道111和第一抽气通道1441抽取两个密封圈143之间的空气，从而可以避免空气泄入反应腔体10中，保证了腔室对压升率的要求；同时，还可以在对腔室拆卸维护时，借助第二抽气通道111和第一抽气通道1441向两个密封圈143之间的间隔中通气，以接触该间隔中的负压状态，便于炉膛法兰11的拆卸，从而可以提高腔室拆卸维护的效率，避免存在的损坏反应腔体的风险。
在本实施例中，如图4所示，第一抽气通道1441包括沿密封隔环144的周向均匀分布的多个抽气孔，每个抽气孔沿密封隔环144的径向贯通密封隔环144。这样，可以均匀地抽取两个密封圈143之间的空气，从而保证空气能够被完全抽出，同时避免密封圈143发生变形。
在本实施例中，可选的，在密封隔环144的内周壁上形成有环形凹槽1442，每个抽气孔1441位于环形凹槽1442中。借助环形凹槽1442，更有利于将两个密封圈143之间的空气完全抽出。
可选的，抽气孔的直径是密封隔环144的轴向厚度的四分之一。例如，若密封隔环144的轴向厚度为4mm，则抽气孔的直径为1mm。若密封隔环144的轴向厚度为8mm，则抽气孔的直径为2mm。这样，可以在保证密封隔环144的强度的前提下，提高抽气速率。
可选的，抽气孔的数量的取值范围在12～36个。这样，可以在保证密封隔环144的强度的前提下，提高抽气速率。
可选的，抽气孔的轴线位于密封隔环144轴向厚度的中间位置处，这样，有利于使空气能够被完全抽出。
在本实施例中，如图2所示，第二抽气通道111的第二端位于炉膛法兰11的外周壁上，以便于安装用于连接抽气装置的真空接头15。
在本实施例中，腔室密封组件还包括上垫环141和下垫环142，二者沿反应腔体10的轴向(图3中的竖直方向)间隔设置。密封圈143为两个，分别位于密封隔环144的上下两侧；并且密封圈143和密封隔环144均位于上垫环141和下垫环142之间。上垫环141和下垫环142用于使两个密封圈143固定不动。
在本实施例中，上垫环141的上端与上炉膛体12相接触；下垫环142的下端与下端盖(图中未示出)相接触。并且，上炉膛体12、炉膛法兰11和下端盖通过螺钉固定在一起，且通过旋紧螺钉，来使上炉膛体12和下端盖沿反应腔体10的轴向压紧两个密封圈143，以使密封圈沿反应腔体10的径向膨胀，从而实现对炉膛法兰11与反应腔体10之间的间隙进行密封。
需要说明的是，在本实施例中，密封圈143为两个，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，密封圈143还可以为一个或者三个以上。在这种情况下，密封隔环的结构和数量可以进行适应性的改进，只要能够使密封圈固定不动，同时能够抽取空气即可。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种生长炉，其包括反应腔体、上腔膛和下腔膛，上腔膛和下腔膛分别套设在反应腔体的上端和下端；并且，上腔膛和下腔膛均包括由下而上依次叠置的法兰端盖、炉膛法兰和炉膛体；其中，炉膛法兰的内周壁与反应腔体的外周壁之间具有环形间隙；在该环形间隙中设置有腔室密封组件，用于实现炉膛法兰与反应腔体的密封。该腔室密封组件采用本发明实施例提供的上述腔室密封组件。
在本实施例中，生长炉包括真空接头、抽气管路和抽气泵，其中，真空接头与第二抽气通道的第二端连接；抽气管路分别与抽气泵和真空接头连接。
本发明实施例提供的生长炉，其通过采用本发明实施例提供的上述腔室密封组件，不仅可以避免空气泄入反应腔体中，同时可以提高腔室拆卸维护的效率，避免存在的损坏反应腔体的风险。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明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发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种腔室密封组件，环绕设置在炉膛法兰与反应腔体之间，其特征在于，包括：
密封圈；以及
密封隔环，所述密封隔环的轴向两侧均设置有所述密封圈，用于分隔并支撑所述密封圈；
并且，在所述密封隔环中设置有第一抽气通道，所述第一抽气通道的第一端和第二端分别位于所述密封隔环的内周壁和外周壁上；在所述炉膛法兰中设置有第二抽气通道，所述第二抽气通道的第一端与所述第一抽气通道的第二端连接；所述第二抽气通道的第二端用于与抽气装置连接。
2.根据权利要求1所述的腔室密封组件，其特征在于，所述第一抽气通道包括沿所述密封隔环的周向均匀分布的多个抽气孔，每个所述抽气孔沿所述密封隔环的径向贯通所述密封隔环。
3.根据权利要求2所述的腔室密封组件，其特征在于，在所述密封隔环的内周壁上形成有环形凹槽，每个所述抽气孔位于所述环形凹槽中。
4.根据权利要求2所述的腔室密封组件，其特征在于，所述抽气孔的直径是所述密封隔环的轴向厚度的四分之一。
5.根据权利要求2所述的腔室密封组件，其特征在于，所述抽气孔的数量的取值范围在12～36个。
6.根据权利要求2所述的腔室密封组件，其特征在于，所述抽气孔的轴线位于所述密封隔环轴向厚度的中间位置处。
7.根据权利要求1所述的腔室密封组件，其特征在于，所述第二抽气通道的第二端位于所述炉膛法兰的外周壁上。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的腔室密封组件，其特征在于，还包括上垫环和下垫环，二者沿所述反应腔体的轴向间隔设置；所述密封圈为两个，分别位于所述密封隔环的上下两侧；所述密封隔环和所述密封圈均位于所述上垫环和所述下垫环之间。
9.一种生长炉，包括反应腔体、上腔膛和下腔膛，所述上腔膛和下腔膛分别套设在所述反应腔体的上端和下端；并且，所述上腔膛和下腔膛均包括由下而上依次叠置的法兰端盖、炉膛法兰和炉膛体；其中，所述炉膛法兰的内周壁与所述反应腔体的外周壁之间具有环形间隙；
其特征在于，在所述环形间隙中设置有腔室密封组件，所述腔室密封组件采用权利要求1-8任意一项所述的腔室密封组件。
10.根据权利要求9所述的生长炉，其特征在于，所述抽气装置包括真空接头、抽气管路和抽气泵，其中，
所述真空接头与所述第二抽气通道的第二端连接；
所述抽气管路分别与所述抽气泵和所述真空接头连接。
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