CN111564397A - 半导体热处理设备及其测温窗结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体热处理设备及其测温窗结构，该测温窗结构包括测温窗、测温窗盖板及固接组件，测温窗盖板设置在生长炉的炉壁上，且位于测温孔的外侧；测温窗盖板的与炉壁相对的第一端面开设容置测温窗的安装槽，安装槽底面开设通孔；测温窗与安装槽的底面之间设置有环绕通孔设置的第一密封组件；测温窗与炉壁之间设置有环绕测温孔设置的第二密封组件；第一密封组件和第二密封组件均处于未压缩状态时，第一端面与测温窗的与炉壁相对的表面具有高度差，用以限定第一密封组件和第二密封组件的变形量；固接组件用于将测温窗盖板固定在炉壁上。应用本发明，能够解决现有技术中密封O圈压缩过量及压缩不够的问题，且结构简单，安装维护更加便捷。

Description

半导体热处理设备及其测温窗结构

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种半导体热处理设备及其测温窗结构。

背景技术

在半导体制造领域，碳化硅被看作是极具发展前景的第三代宽禁带半导体材料，而碳化硅单晶材料的生长往往需要特殊的工艺设备。该工艺设备主要由生长炉组件、加热组件、气体组件及控制组件等结构，其中，生长炉组件和加热组件是关键结构。生长炉组件主要由石英生长腔、上炉膛、上炉盖、下炉膛及其附带的升降和旋转机构组成。由于，碳化硅单晶材料的生长对腔室真空度有极高的要求，且要求12小时内真空度几乎保持不变，因而上炉盖、上炉膛与石英生长腔的密封是保证生长腔室真空度的关键结构。

现有技术中，通常在上炉盖设置测温窗，而对测温窗的安装也需要保证其密封性。具体地，测温窗的安装结构通常包括自上炉盖的外表面向外依次设置的法兰盖板、测温窗及测温窗盖板，且法兰盖板与上炉盖之间设有金属密封铜环，并通过螺栓固定，测温窗通过测温窗盖板固定在法兰盖板上，且测温窗与法兰盖板和测温窗盖板之间均设有密封O圈，且为避免测温窗破损，测温窗盖板与法兰盖板之间需要通过扭矩扳手采用2Nm的力矩进行螺钉紧固，以控制密封O圈的变形量，且避免压坏测温窗。而该结构往往具有以下不足：

1)测温窗盖板与法兰盖板之间必需通过扭矩扳手采用固定扭力进行固定，方可保证测温窗与法兰盖板之间的密封性及测温窗的完好性，而若扭力不够则密封不严，若扭力过大，则可能破坏测温窗，安装过程较为繁琐。

2)由于法兰盖板与上炉盖通过密封铜环的塑性形变密封进行密封，由于密封铜环的变形是不可逆的，通常只能使用一次，因此要求安装密封铜环时只可一次性装配成功，当装配不当时，必须更换新的密封铜环，如此，将造成较大的成本浪费。

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，提出了一种半导体热处理设备及其测温窗结构。

为实现本发明的目的，第一方面提供一种半导体热处理设备中的测温窗结构，所述半导体热处理设备包括生长炉，所述生长炉的炉壁上开设有测温孔；

所述测温窗结构包括测温窗和测温窗盖板，所述测温窗盖板设置在所述炉壁上，且位于所述测温孔的外侧；

所述测温窗盖板的与所述炉壁相对的第一端面上开设有安装槽，所述安装槽的底面上开设有贯通所述测温窗盖板的通孔；所述测温窗位于所述安装槽中；

所述测温窗与所述安装槽的底面之间设置有第一密封组件，且所述第一密封组件环绕所述通孔设置；所述测温窗与所述炉壁之间设置有第二密封组件，且所述第二密封组件环绕所述测温孔设置；

当所述第一密封组件和第二密封组件均处于未压缩状态时，所述第一端面与所述测温窗的与所述炉壁相对的表面，具有高度差，用以限定所述第一密封组件和所述第二密封组件的变形量；

所述测温窗结构还包括固接组件，所述固接组件用于将所述测温窗盖板固定在所述炉壁上。

可选地，所述安装槽的侧壁的端部包括一环状坡面载台，所述环状坡面载台与所述测温窗的外周壁之间形成一环状空间，所述环状空间内设有第三密封组件。

可选地，所述第一密封组件至少包括同轴套设的第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈与所述第二密封圈内径不同。

可选地，所述安装槽的底面上开设有多个第一限位槽，所述第一密封圈和所述第二密封圈分别设置于对应的所述第一限位槽中。

可选地，所述第二密封组件至少包括同轴套设的第三密封圈和第四密封圈，所述第三密封圈和所述第四密封圈内径不同。

可选地，所述炉壁朝向所述测温窗的表面开设有多个第二限位槽，所述第三密封圈和所述第四密封圈分别设置于对应的所述第二限位槽中。

可选地，所述固接组件包括紧固螺钉，所述测温窗盖板开设有于厚度方向贯穿的安装孔，所述炉壁上开设有与所述安装孔对应的固定槽，所述紧固螺钉穿过所述安装孔，伸入所述固定槽中，以使所述测温窗盖板将所述测温窗压紧至所述炉壁上。

可选地，所述测温窗的厚度取值范围为9mm-12mm；所述测温窗的外径取值范围为60mm-80mm。

第二方面，提供一种半导体热处理设备，包括炉体及分别设置在所述炉体两端的上炉盖和下炉盖，还包括如第一方面所述的测温窗结构，所述测温窗结构设置在所述上炉盖上

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的半导体热处理设备中的测温窗结构，在测温窗盖板与生长炉组件相对的面设置安装槽，用以容置测温窗，可以对测温窗的位置进行粗定位，测温窗与炉壁之间和测温窗与安装槽的底面之间可分别设置第一密封组件和第二密封组件，以实现该测温窗安装结构的气体密封，且可避免测温窗与测温窗盖板及炉壁之间硬接触。另外，在测温窗盖板未进行固定时，即第一密封组件和第二密封组件均处于未压缩状态时，测温窗盖板与炉壁相对的第一端面与测温窗的与炉壁相对的表面具有高度差，而将测温窗盖板进行固定后，第一端面及测温窗与炉壁相对的表面均压紧在炉壁的外表面，所以，该高度差可用以限定第一密封组件和第二密封组件的总的变形量，以实现对整体密封件的压缩量的精准控制，能够解决现有技术中将测温窗盖板固定在炉壁上时密封O圈压缩过量及压缩不够的问题，可以提升生长炉的工艺稳定性。且整体结构简单，直接将测温窗盖板与生长炉进行固定便可实现测温窗的固定，无需采用扭矩扳手，可以提升测温窗的安装效率、维护的便捷性等，也可解决现有技术中因装配不当而必须更换新密封件的问题。

附图说明

图1为本实施例提供的一种半导体热处理设备中的测温窗结构示意图一(测温窗盖板紧固前)；

图2为本实施例提供的一种半导体热处理设备中的测温窗结构示意图二(测温窗盖板紧固后)。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

请参阅图1，为本实施例提供的一种半导体热处理设备中的测温窗结构，该半导体热处理设备包括生长炉，生长炉的炉壁7上开设有测温孔71。该测温窗安装结构可以包括测温窗1、测温窗盖板2及固接组件，测温窗盖板2设置在炉壁7上，且位于测温孔71的外侧；并且，在测温窗盖板2的与炉壁7相对的第一端面11上开设有安装槽，且在安装槽的底面上开设有贯通测温窗盖板2的通孔12；测温窗1位于安装槽中，且在测温窗1与安装槽的底面之间设置有第一密封组件，第一密封组件环绕通孔12设置；在测温窗1与炉壁7之间设置有第二密封组件，且第二密封组件环绕测温孔71设置；当第一密封组件和第二密封组件均处于未压缩状态时，第一端面11与测温窗1的与炉壁7相对的表面，具有高度差，用以限定第一密封组件和第二密封组件的变形量；上述固接组件用于将测温窗盖板2固定在炉壁7上。

可以理解的是，上述生长炉可以但不限应用于半导体材料的晶体(如单晶碳化硅、单晶硅、蓝宝石等)生长。上述测温窗1通常采用耐高温、透明的光学晶体材料(如石英、硅、碳化硅等)，以便于进行红外测温。上述测温窗盖板2和生长炉可以但不限于是金属材质。其中，测温窗盖板2可以为环状结构，压盖在测温窗的边缘。上述高度差可理解为，当第一密封组件和第二密封组件均处于未压缩状态时，第一端面11距离炉壁7的高度与测温窗1靠近炉壁7的端面距离炉壁7的高度的差值。由于测温窗盖板2与炉壁7固定时，测温窗1和测温窗盖板2均压紧在炉壁7上，且测温窗1和测温窗盖板2均没有变形量，所以该高度差可以限定第一密封组件和第二密封组件的变形量。

本实施例提供的半导体热处理设备中的测温窗结构，在测温窗盖板2与生长炉组件相对的面设置安装槽，用以容置测温窗1，可以对测温窗1的位置进行粗定位，测温窗1与炉壁7之间和测温窗1与安装槽的底面之间可分别设置第一密封组件和第二密封组件，以实现该测温窗安装结构的气体密封，且可避免测温窗1与测温窗盖板2及炉壁7之间硬接触。另外，在测温窗盖板2未进行固定时，即第一密封组件和第二密封组件均处于未压缩状态时，测温窗盖板2与炉壁7相对的第一端面11与测温窗1的与炉壁7相对的表面具有高度差，可用以限定第一密封组件和第二密封组件的总的变形量，以实现对整体密封件的压缩量的精准控制，能够解决现有技术中将测温窗盖板2固定在炉壁7上时密封O圈压缩过量及压缩不够的问题，可以提升生长炉的工艺稳定性。且整体结构简单，直接将测温窗盖板2与生长炉进行固定便可实现测温窗1的固定，无需采用扭矩扳手，可以提升测温窗1的安装效率、维护的便捷性等，也可解决现有技术中因装配不当而必须更换新密封件的问题。

具体地，如图1和图2所示，测温窗盖板2可以但不限于通过紧固螺钉6固定在炉壁7上，即固接组件可以包括紧固螺钉6，测温窗盖板2开设有于厚度方向贯穿的安装孔，炉壁7上开设有与安装孔对应的固定槽，紧固螺钉6可以穿过安装孔，伸入固定槽中，以使测温窗盖板2将测温窗1压紧至炉壁7上，然后通过旋拧紧固螺钉6，便可实现测温窗1的安装，结构相对简单，操作较为方便。

于一具体实施方式中，请一并参阅图1和图2，安装槽的侧壁与测温窗1的外周壁之间可以设有第三密封组件，以防止在安装或运输过程中，测温窗1与测温窗盖板2直接碰撞，增强其减震效果，避免测温窗1发生碎裂等。具体地。安装槽的侧壁的端部可以包括一环状坡面载台，环状坡面载台与测温窗1的外周壁之间形成一环状空间，所述环状空间内设有第三密封组件5。更具体地，该环状坡面载台可以为如图1所示的倒角，可以将第三密封组件5设置于倒角与测温窗1的外周壁之间。实际安装时，通常先将测温窗1放置于炉壁7上，再将测温窗盖板2盖设在测温窗1，如此，上述环状坡面载台的设置，可以防止测温窗盖板2与测温窗1的侧壁发生碰撞，更便于测温窗盖板2的安装。环状坡面载台与炉壁7及测温窗1之间的空间也为第三密封组件5提供安装位置，并限定了其压缩量，使得整体减震性更好，稳定性更佳。

需要说明的是，上述环状坡面载台结构只是本实施例的一较佳实施方式，本实施例并不以此为限，例如也可将安装槽的侧壁设置为斜面或曲面，将第三密封组件5直接设置在测温窗1外周壁与安装槽侧壁之间，以便于测温窗盖板2的安装。

于另一具体实施方式中，第一密封组件可以至少包括同轴套设的第一密封圈31和第二密封圈32，第一密封圈31和第二密封圈32的内径不同。采用至少两个密封圈，可以增大测温窗1与第一密封组件的总接触面积，有利于增大测温窗盖板2对测温窗1的压紧力，从而可以提升运输过程中的抗震性。

进一步地，可以在安装槽的底面上开设有多个第一限位槽，将第一密封圈31和第二密封圈32分别设置于对应的第一限位槽中，通过第一限位槽对第一密封圈31和第二密封圈32进行限位，一方面可以防止第一密封圈31和第二密封圈32移位，以增强运输过程中的减震性；另一方面还可以限定第一密封圈31和第二密封圈32的最大压缩量(上述第一端面11与测温窗1的与炉壁7相对的表面之间的高度差限定了第一密封件3与第二密封件4总的压缩量)，以防止测温窗盖板2对测温窗1的压紧力过大。

与第一密封组件的设置原理类似，第二密封组件也可以至少包括同轴套设的第三密封圈41和第四密封圈42，第三密封圈41和第四密封圈42的内径不同。同样地，如此可以增大测温窗1与第二密封组件的总接触面积，有利于增大测温窗1与炉壁7之间的压紧力，从而可以提升运输过程中的抗震性。同样，可以在炉壁7朝向测温窗1的外表面开设多个第二限位槽，将第三密封圈41和第四密封圈42分别设置于对应的第二限位槽中，通过第二限位槽对第三密封圈41和第四密封圈42进行限位，一方面可以防止第三密封圈41和第四密封圈42移位，以增强对测温孔71的密封效果和运输过程中的减震性；另一方面还可以限定第三密封圈41和第四密封圈42的最大压缩量，以防止炉壁7对测温窗1的作用力过大。

需要说明的是，上述第一密封组件和第二密封组件的设置方式，只是本实施例的一较佳实施方式，本实施例并不以此为限，第一密封组件和第二密封组件也均可以包括一个表面积较大的密封圈，或者多个密封条，只要能增加密封件与测温窗1的接触面积即可。

更具体地，第一密封圈31、第二密封圈32、第三密封圈41、第四密封圈42及上述第三密封组件5均可以为结构简单、成本较低的O型密封圈，以便于密封件的安装和降低成本。当然，本实施例并不以此为限，第一密封圈31、第二密封圈32、第三密封圈41、第四密封圈42及第三密封组件5也均可以为其它形状的密封圈，比如U型。另外，为避免密封件与测温窗1之间硬接触，密封件通常选用质地较软的橡胶材料，如硅橡胶。

于另一具体实施方式中，测温窗1的厚度可以为9mm-12mm(毫米)，以增强测温窗1本身的结构强度，防止测温窗1在安装和运输过程中发生碎裂，以避免造成成本浪费。测温窗1的外径可以根据测温孔71的大小对应设置，通常测温孔71的直径加上密封件的安装尺寸即为测温窗1的表面尺寸，对于经常应用的碳化硅生长炉，测温窗1的取值范围可以为60mm-80mm。

基于上述半导体热处理设备中的测温窗结构相同的构思，本实施例还提供一种半导体热处理设备，包括炉体及分别设置在炉体两端的上炉盖和下炉盖，还包括上述任一实施方式的测温窗结构，且测温窗结构可以但不限于设置在上炉盖上。

本实施例提供的半导体热处理设备，包括上述的测温窗结构，则至少能够实现上述测温窗结构的有益效果，在此不再赘述。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种半导体热处理设备中的测温窗结构，所述半导体热处理设备包括生长炉，所述生长炉的炉壁上开设有测温孔，其特征在于，

所述测温窗结构包括测温窗和测温窗盖板，所述测温窗盖板设置在所述炉壁上，且位于所述测温孔的外侧；

所述测温窗盖板的与所述炉壁相对的第一端面上开设有安装槽，所述安装槽的底面上开设有贯通所述测温窗盖板的通孔；所述测温窗位于所述安装槽中；

所述测温窗与所述安装槽的底面之间设置有第一密封组件，且所述第一密封组件环绕所述通孔设置；所述测温窗与所述炉壁之间设置有第二密封组件，且所述第二密封组件环绕所述测温孔设置；

当所述第一密封组件和第二密封组件均处于未压缩状态时，所述第一端面与所述测温窗的与所述炉壁相对的表面，具有高度差，用以限定所述第一密封组件和所述第二密封组件的变形量；

所述测温窗结构还包括固接组件，所述固接组件用于将所述测温窗盖板固定在所述炉壁上。

2.根据权利要求1所述的测温窗结构，其特征在于，所述安装槽的侧壁的端部包括一环状坡面载台，所述环状坡面载台与所述测温窗的外周壁之间形成一环状空间，所述环状空间内设有第三密封组件。

3.根据权利要求1所述的测温窗结构，其特征在于，所述第一密封组件至少包括同轴套设的第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈与所述第二密封圈内径不同。

4.根据权利要求3所述的测温窗结构，其特征在于，所述安装槽的底面上开设有多个第一限位槽，所述第一密封圈和所述第二密封圈分别设置于对应的所述第一限位槽中。

5.根据权利要求1所述的测温窗结构，其特征在于，所述第二密封组件至少包括同轴套设的第三密封圈和第四密封圈，所述第三密封圈和所述第四密封圈内径不同。

6.根据权利要求5所述的测温窗结构，其特征在于，所述炉壁朝向所述测温窗的表面开设有多个第二限位槽，所述第三密封圈和所述第四密封圈分别设置于对应的所述第二限位槽中。

7.根据权利要求1所述的测温窗结构，其特征在于，所述固接组件包括紧固螺钉，所述测温窗盖板开设有于厚度方向贯穿的安装孔，所述炉壁上开设有与所述安装孔对应的固定槽，所述紧固螺钉穿过所述安装孔，伸入所述固定槽中，以使所述测温窗盖板将所述测温窗压紧至所述炉壁上。

8.根据权利要求1-7任一项所述的测温窗结构，其特征在于，所述测温窗的厚度取值范围为9mm-12mm；所述测温窗的外径取值范围为60mm-80mm。

9.一种半导体热处理设备，包括炉体及分别设置在所述炉体两端的上炉盖和下炉盖，其特征在于，还包括如权利要求1-8任一项所述的测温窗结构，所述测温窗结构设置在所述上炉盖上。

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