CN112516952A - 一种半导体材料预加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料加工技术领域，具体为一种半导体材料预加工设备，包括底座，底座上通过螺栓固定安装有反应罐，且反应罐的上端通过螺栓固定安装有顶盖，反应罐的内部设置有工作腔。有益效果为：本发明所提供的半导体预加工设备能够有效的通过套管和斜面锥体所形成的二次加料机构来有效的向置物容器内进行二次加料，从而更好的利用置物容器内部的空间来提高生产的效率，而且能够通过将置物容器切换至与冷却环贴合来实现对半导体原料的快速冷却，从而有效的取代了传统直接通入空气冷却，导致空气中的氧气等成分会严重的在高温状态下腐蚀反应腔内部的设备，并与半导体原料表面产生氧化反应从而导致产品质量下降的问题。

Description

一种半导体材料预加工设备

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，具体为一种半导体材料预加工设备。

背景技术

半导体材料是一类具有半导体性能的材料，该材料导电能力介于导体和绝缘体之间能够起到对电流的控制作用，因此被广泛的应用于半导体器件和集成电路中。半导体材料在加工的过程中需要去除材料内部的各种杂质并经过多次提纯后才能支撑符合使用要求的晶圆等形式的半成品，目前通过高温裂解作用或者在加热过程中添加一定的反应试剂类去除半导体中可以被气化分离的成分是半导体材料的一个重要的预加工程序，但是现有的预加工程序主要在非封闭的工件内进行，这就导致热量损耗较大，冷却也主要采用自然风冷，但是加工加热和自然风冷过程中氧气都可能重新与半导体原料反应同时氧气等成分也容易在高温状态下腐蚀用于预加工的设备，从而严重的干扰了生产的过程，也难以提高产品的质量。而且现有的半导体加热融化过程中当固体融化为液体后容器的上方会空出足够二次加料的空间，但是考虑到只采用人工加料会有一定的危险性因此现有设备普遍不具有二次加料的功能，因此对生产设备的生产能力利用不充分。

如果发明一种能够在密闭空间内进行二次加料并且便于冷却从而节省能源并提高产品质量的新型半导体材料的预加工设备就能够有效的解决此类问题，为此我们提供了一种半导体材料预加工设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体材料预加工设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半导体材料预加工设备，包括底座，所述底座上通过螺栓固定安装有反应罐，且反应罐的上端通过螺栓固定安装有顶盖，所述反应罐的内部设置有工作腔，且反应罐的前端通过螺栓固定安装有控制器；

所述反应罐上通过螺栓固定安装有第二升降推杆，且第二升降推杆的输出端驱动有连接板，所述连接板上通过螺栓固定安装有旋转电机，且旋转电机驱动有插入工作腔内的隔热陶瓷座，所述隔热陶瓷座上固定安装有置物容器，且置物容器与隔热陶瓷座之间安装有第二温度检测传感器；

所述顶盖上通过螺栓固定安装有第一升降推杆，且第一升降推杆的输出端驱动有连接杆，所述连接杆的底部驱动有与置物容器对应的搅拌桨，且顶盖上通过螺栓固定安装有套接在连接杆外侧的套管，所述顶盖上设置有连通套管用于上料的进料管，且连接杆上设置有与套管匹配滑动密封的斜面锥体；

所述底座的后侧设置有辅助座和支撑座，且支撑座上通过螺栓固定安装有保护气罐和回收罐，所述保护气罐上通过螺栓固定安装有与保护气罐的内部连通的送气泵，且送气泵的输出端通过供气管与工作腔连通，所述回收罐上通过螺栓固定安装有与回收罐的内部连通的负压泵，且负压泵的输入端通过排气管与工作腔连通；

所述反应罐上通过螺栓固定安装有加热器，且工作腔内通过螺栓固定安装有套接在置物容器的外壁且与加热器的热量供应端连接的导热环，所述工作腔内在对应导热环的下方处通过螺栓固定安装有与置物容器套接贴合的冷却环，且冷却环内开设有冷却腔，所述辅助座上通过螺栓固定安装有储液箱，且储液箱上通过螺栓固定安装有用于对储液箱内的冷却液进行制冷的制冷机，所述储液箱的左侧通过螺栓固定安装有与储液箱的内腔连通的回流泵，且回流泵的输入端通过回流管与冷却腔的左侧连通，所述储液箱的右侧通过螺栓固定安装有与储液箱的内腔连通的供液泵，且供液泵的输出端通过供液管与冷却腔的右侧连通；

所述反应罐上通过螺栓固定安装有插入工作腔内的第一温度检测传感器和气压检测传感器，且进料管上安装有电磁物料阀，所述控制器通过导线分别与回流泵、负压泵、送气泵、第一升降推杆、电磁物料阀、第一温度检测传感器、气压检测传感器、第二升降推杆、旋转电机、加热器、供液泵、制冷机和第二温度检测传感器电性连接。

优选的，所述置物容器由外至内依次由石墨导热层、坩埚和石英层组成，且顶盖上焊接安装有拉柄。

优选的，所述控制器为S7-200型PLC控制器，且第一升降推杆和第二升降推杆均为单杆双作用液压杆。

优选的，所述旋转电机为三相步进电机，且加热器为电热丝加热器或者高频加热器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明所提供的半导体预加工设备能够有效的通过套管和斜面锥体所形成的二次加料机构来有效的向置物容器内进行二次加料，从而更好的利用置物容器内部的空间来提高生产的效率；

2.本发明所提供的半导体预加工设备内部空间相对封闭，并且在负压状态下进行加热工作，因此热量损失少能量利用效率高，而且由于工作腔内部缺乏气体的大量导热也能够有效的解决位于工作腔内部的其他设备容易受热老化问题；

3.本发明所提供的半导体预加工设备能够通过将置物容器切换至与冷却环贴合来实现对半导体原料的快速冷却，从而有效的取代了传统直接通入空气冷却，导致空气中的氧气等成分会严重的在高温状态下腐蚀反应腔内部的设备，并与半导体原料表面产生氧化反应从而导致产品质量下降的问题，因此具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构的侧视图；

图3为本发明结构的剖视图；

图4为本发明置物容器和隔热陶瓷座的安装示意图。

图中：1、底座；2、置物容器；201、石墨导热层；202、坩埚；203、石英层；3、辅助座；4、回流管；5、支撑座；6、回流泵；7、储液箱；8、保护气罐；9、回收罐；10、负压泵；11、送气泵；12、第一升降推杆；13、进料管；14、电磁物料阀；15、顶盖；16、第一温度检测传感器；17、反应罐；18、气压检测传感器；19、控制器；20、供液管；21、第二升降推杆；22、旋转电机；23、连接板；24、拉柄；25、加热器；26、工作腔；27、供液泵；28、制冷机；29、排气管；30、供气管；31、隔热陶瓷座；32、套管；33、斜面锥体；34、连接杆；35、搅拌桨；36、导热环；37、冷却腔；38、冷却环；39、第二温度检测传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种半导体材料预加工设备，包括底座1，底座1上通过螺栓固定安装有反应罐17，且反应罐17的上端通过螺栓固定安装有顶盖15，反应罐17的内部设置有工作腔26，且反应罐17的前端通过螺栓固定安装有控制器19；

反应罐17上通过螺栓固定安装有第二升降推杆21，且第二升降推杆21的输出端驱动有连接板23，连接板23上通过螺栓固定安装有旋转电机22，且旋转电机22驱动有插入工作腔26内的隔热陶瓷座31，隔热陶瓷座31上固定安装有置物容器2，且置物容器2与隔热陶瓷座31之间安装有第二温度检测传感器39；

顶盖15上通过螺栓固定安装有第一升降推杆12，且第一升降推杆12的输出端驱动有连接杆34，连接杆34的底部驱动有与置物容器2对应的搅拌桨35，且顶盖15上通过螺栓固定安装有套接在连接杆34外侧的套管32，顶盖15上设置有连通套管32用于上料的进料管13，且连接杆34上设置有与套管32匹配滑动密封的斜面锥体33；

底座1的后侧设置有辅助座3和支撑座5，且支撑座5上通过螺栓固定安装有保护气罐8和回收罐9，保护气罐8上通过螺栓固定安装有与保护气罐8的内部连通的送气泵11，且送气泵11的输出端通过供气管30与工作腔26连通，回收罐9上通过螺栓固定安装有与回收罐9的内部连通的负压泵10，且负压泵10的输入端通过排气管29与工作腔26连通；

反应罐17上通过螺栓固定安装有加热器25，且工作腔26内通过螺栓固定安装有套接在置物容器2的外壁且与加热器25的热量供应端连接的导热环36，工作腔26内在对应导热环36的下方处通过螺栓固定安装有与置物容器2套接贴合的冷却环38，且冷却环38内开设有冷却腔37，辅助座3上通过螺栓固定安装有储液箱7，且储液箱7上通过螺栓固定安装有用于对储液箱7内的冷却液进行制冷的制冷机28，储液箱7的左侧通过螺栓固定安装有与储液箱7的内腔连通的回流泵6，且回流泵6的输入端通过回流管4与冷却腔37的左侧连通，储液箱7的右侧通过螺栓固定安装有与储液箱7的内腔连通的供液泵27，且供液泵27的输出端通过供液管20与冷却腔37的右侧连通；

反应罐17上通过螺栓固定安装有插入工作腔26内的第一温度检测传感器16和气压检测传感器18，且进料管13上安装有电磁物料阀14，控制器19通过导线分别与回流泵6、负压泵10、送气泵11、第一升降推杆12、电磁物料阀14、第一温度检测传感器16、气压检测传感器18、第二升降推杆21、旋转电机22、加热器25、供液泵27、制冷机28和第二温度检测传感器39电性连接；

置物容器2由外至内依次由石墨导热层201、坩埚202和石英层203组成，且顶盖15上焊接安装有拉柄24，控制器19为S7-200型PLC控制器，且第一升降推杆12和第二升降推杆21均为单杆双作用液压杆，旋转电机22为三相步进电机，且加热器25为电热丝加热器或者高频加热器。

工作原理：该装置在使用时，首先将置物容器2安装在隔热陶瓷座31上，然后将顶盖15与反应罐17固定，此时通过第一升降推杆12驱动连接杆34向下运动从而使得斜面锥体33与套管32脱离配合，随后通过进料管13将半导体原料送入套管32内，半导体原料将会在重力的作用下沿着斜面锥体33的斜面下滑落入置物容器2内，当物料填满置物容器2时即可通过第一升降推杆12再次驱动连接杆34向上运动，此时斜面锥体33将封闭套管32的底部，同时进料管13继续上料直至物料填充至套管13内部指定高度处，随后停止供料并通过进料管13封闭进料管13。随后负压泵10开始将工作腔26内的空气抽出，从而有效的避免工作腔26内的氧气等成分参与后续的加工中对加工造成影响，另外套管32的上端也将开设一些能够连接工作腔26和套管32上端的气孔，由于此时的进料管13已经被电磁物料阀14关闭，因此套管32内部的气体也将能够被负压泵10抽出，于此同时第二升降推杆21驱动置物容器2运动至与导热环36贴合位置处，当气压检测传感器18检测到工作腔26内部的气压降低至指定的程度时，加热器25开始工作并利用导热环36将热量输送至置物容器上，位于置物容器2内的半导体原料则会在加热过程中融化并与预先混掺在半导体原料内的反应材料反应，从而使材料内部发生裂解产生并排出气体，而在半导体材料受热的过程中负压泵10也将继续对工作腔26内进行抽气，从而使工作腔26处于负压状态便于半导体原料中的气体快速的排出，同时旋转电机22也将驱动置物容器旋转，从而使已经融化的半导体原料能够更好的携带热量在半导体原料内部流动，方便热量的传递。当位于置物容器2内的半导体原料融化完成后，此时由于原料从固态转换为液态因此占用的体积会变小，置物容器2的上端会空出来，因此可以用来容纳更多的物料，此时第一升降推杆12将向下方推动斜面锥体33运动，从而使位于套管32内部的半导体原料能够沿着斜面锥体33的斜面落入置物容器2中，实现二次上料有效的利用好置物容器2中空出来的空间，在二次上料完成后，第一升降推杆12将继续的向下驱动连接杆34，从而使位于连接杆34下方的搅拌桨35能够直接的插入置物容器2内已经融化的半导体原料中，由于置物容器2在旋转电机22的驱动下处于转动状态，因此搅拌桨35将能够对已经融化的半导体原料进行搅拌从而来有效的提高半导体原料内部的反应速度和热对流速度。该装置在工作的过程中还能够直接的通过第二温度检测传感器39来对置物容器2的温度进行检测从而判断加热过程是否正常，从而利用控制器19来对加热器25的工作状态进行实时的调整，同时还能够通过第一温度检测传感器16和气压检测传感器18来对工作腔26内部进行温度检测，然后利用控制器19控制负压泵10的工作状态，保障负压泵10处于能够有效的避免工作腔26内部大量高温气体积累的状态，从而有效的提高了对位于工作腔26内的其他部件的保护，而且在该装置工作过程中，为了进一步的保护半导体原料反应的正常进行还可以通过送气泵11向工作腔26内填充一定量的保护气体，填充的保护气体也能够有效的维持工作腔26内部处于合理的负压范围内。当对半导体原料的熔化和反应完成后，此时加热器25停止工作，同时第二升降推杆21驱动置物容器2来向下运动脱离与导热环36的贴合状态并进入与冷却环38的贴合状态，于此同时回流泵6和供液泵27将开始工作，位于储液箱7内已经被制冷机28提前制冷好的冷却液将在储液箱7与冷却环38之间进行循环，从而有效的利用冷却液与置物容器2之间的换热来对位于置物容器2内部的半导体原料进行冷却，冷却完成后回流泵6和供液泵27停止工作，此时负压泵10停止工作，并通过送气泵11向工作腔26内提供保护气，从而使工作腔26内的气压回复至与外部相同，随后操作人员即可打开顶盖15并通过反应罐17的上方来将已经预处理好的半导体原料取出。该装置能够有效的通过套管32和斜面锥体33所形成的二次加料机构来有效的向置物容器2内进行二次加料，从而更好的利用置物容器2内部的空间来提高生产的效率，该装置内部空间相对封闭，并且在负压状态下进行加热工作，因此热量损失少能量利用效率高，而且由于缺乏气体的大量导热也能够有效的解决位于工作腔26内部的其他设备容易受热老化问题，带来而且能够通过将置物容器2切换至与冷却环38贴合来实现对半导体原料的快速冷却，从而有效的取代了传统直接通入空气冷却，导致空气中的氧气等成分会严重的在高温状态下腐蚀反应腔26内部的设备，并与半导体原料表面产生氧化反应从而导致产品质量下降的问题，因此具有很高的实用价值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种半导体材料预加工设备，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)上通过螺栓固定安装有反应罐(17)，且反应罐(17)的上端通过螺栓固定安装有顶盖(15)，所述反应罐(17)的内部设置有工作腔(26)，且反应罐(17)的前端通过螺栓固定安装有控制器(19)；

所述反应罐(17)上通过螺栓固定安装有第二升降推杆(21)，且第二升降推杆(21)的输出端驱动有连接板(23)，所述连接板(23)上通过螺栓固定安装有旋转电机(22)，且旋转电机(22)驱动有插入工作腔(26)内的隔热陶瓷座(31)，所述隔热陶瓷座(31)上固定安装有置物容器(2)，且置物容器(2)与隔热陶瓷座(31)之间安装有第二温度检测传感器(39)；

所述顶盖(15)上通过螺栓固定安装有第一升降推杆(12)，且第一升降推杆(12)的输出端驱动有连接杆(34)，所述连接杆(34)的底部驱动有与置物容器(2)对应的搅拌桨(35)，且顶盖(15)上通过螺栓固定安装有套接在连接杆(34)外侧的套管(32)，所述顶盖(15)上设置有连通套管(32)用于上料的进料管(13)，且连接杆(34)上设置有与套管(32)匹配滑动密封的斜面锥体(33)；

所述底座(1)的后侧设置有辅助座(3)和支撑座(5)，且支撑座(5)上通过螺栓固定安装有保护气罐(8)和回收罐(9)，所述保护气罐(8)上通过螺栓固定安装有与保护气罐(8)的内部连通的送气泵(11)，且送气泵(11)的输出端通过供气管(30)与工作腔(26)连通，所述回收罐(9)上通过螺栓固定安装有与回收罐(9)的内部连通的负压泵(10)，且负压泵(10)的输入端通过排气管(29)与工作腔(26)连通；

所述反应罐(17)上通过螺栓固定安装有加热器(25)，且工作腔(26)内通过螺栓固定安装有套接在置物容器(2)的外壁且与加热器(25)的热量供应端连接的导热环(36)，所述工作腔(26)内在对应导热环(36)的下方处通过螺栓固定安装有与置物容器(2)套接贴合的冷却环(38)，且冷却环(38)内开设有冷却腔(37)，所述辅助座(3)上通过螺栓固定安装有储液箱(7)，且储液箱(7)上通过螺栓固定安装有用于对储液箱(7)内的冷却液进行制冷的制冷机(28)，所述储液箱(7)的左侧通过螺栓固定安装有与储液箱(7)的内腔连通的回流泵(6)，且回流泵(6)的输入端通过回流管(4)与冷却腔(37)的左侧连通，所述储液箱(7)的右侧通过螺栓固定安装有与储液箱(7)的内腔连通的供液泵(27)，且供液泵(27)的输出端通过供液管(20)与冷却腔(37)的右侧连通；

所述反应罐(17)上通过螺栓固定安装有插入工作腔(26)内的第一温度检测传感器(16)和气压检测传感器(18)，且进料管(13)上安装有电磁物料阀(14)，所述控制器(19)通过导线分别与回流泵(6)、负压泵(10)、送气泵(11)、第一升降推杆(12)、电磁物料阀(14)、第一温度检测传感器(16)、气压检测传感器(18)、第二升降推杆(21)、旋转电机(22)、加热器(25)、供液泵(27)、制冷机(28)和第二温度检测传感器(39)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种半导体材料预加工设备，其特征在于：所述置物容器(2)由外至内依次由石墨导热层(201)、坩埚(202)和石英层(203)组成，且顶盖(15)上焊接安装有拉柄(24)。

3.根据权利要求1所述的一种半导体材料预加工设备，其特征在于：所述控制器(19)为S7-200型PLC控制器，且第一升降推杆(12)和第二升降推杆(21)均为单杆双作用液压杆。

4.根据权利要求1所述的一种半导体材料预加工设备，其特征在于：所述旋转电机(22)为三相步进电机，且加热器(25)为电热丝加热器或者高频加热器。

Images