CN112542410A - 反应炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应炉，包括基座、炉体、反应管、第一动力模组与散热模组；炉体连接于基座；反应管连接于基座，用于放置待加工物料；第一动力模组用于驱动炉体与反应管之间发生相对运动，以使位于炉体内的反应管与炉体分离；散热模组用于对分离后的反应管进行散热。上述反应炉中，第一动力模组用于驱动炉体与反应管之间发生相对运动，当炉体与反应管分离后，散热模组可以对反应管进行单独散热，如此，物料(例如晶圆)可以停留在反应管内进行快速散热，避免被空气中的杂质污染，炉体可以保持在加热状态，能够减少整体散热时间，减少或者省去炉体的再次升温时间，有助于提升效率，减少能耗。

Description

反应炉

技术领域

本发明涉及晶圆制造领域，尤其是涉及反应炉。

背景技术

随着国内半导体行业的迅速发展，半导体相关设备需求也越来越大，而在晶圆的中低温热处理工艺中，经过热处理后的高温晶圆为防止被空气中的杂质污染，不能直接暴露在空气中冷却，需要在反应管等真空洁净环境中冷却后才能取出。目前，热处理后的晶圆如果要在反应管内自然冷却到常温，就需要先将反应炉整体降温后才能进行冷却，且待下次进行工艺时，加热炉还需重新升温加热，期间花费时间较长，极大影响了产能，增加了能耗。

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。为此，本发明提出一种反应炉，能够提升效率，减少能耗。

根据本发明实施例的反应炉，包括

基座；

炉体，连接于所述基座；

反应管，连接于所述基座，用于放置待加工物料；

第一动力模组，用于驱动所述炉体与所述反应管之间发生相对运动，以使位于所述炉体内的所述反应管与所述炉体分离；

散热模组，用于对分离后的所述反应管进行散热。

根据本发明实施例的反应炉，至少具有如下有益效果：

第一动力模组用于驱动炉体与反应管之间发生相对运动，从而使得承载有待加工物料的反应管进入炉体以进行加工，或者使得炉体内的反应管与炉体分离。当炉体与反应管分离后，散热模组可以对反应管进行单独散热，如此，物料(例如晶圆)可以停留在反应管内进行快速散热，避免被空气中的杂质污染，炉体可以保持在加热状态，能够减少整体散热时间，减少或者省去炉体的再次升温时间，有助于提升效率，减少能耗。

根据本发明的一些实施例，还包括反应管固定模组，用于固定所述反应管的一端，所述第一动力模组与所述炉体连接，用于驱动所述炉体运动。

根据本发明的一些实施例，所述反应管固定模组包括：

套接件，连接于所述基座，所述套接件套接在所述反应管的外侧，且与所述反应管之间具有间隙；

至少两个柔性支撑件，所述柔性支撑件套接在所述反应管的外侧，位于所述间隙内且分别与所述反应管以及所述套接件接触，各所述柔性支撑件沿所述反应管的轴向分布。

根据本发明的一些实施例，所述套接件具有第一环形槽，所述第一环形槽内具有所述柔性支撑件；

所述反应炉还包括第一连接件，所述第一连接件套接在所述反应管的外侧，且与所述套接件连接，以将所述柔性支撑件限制在对应的所述第一环形槽内。

根据本发明的一些实施例，所述第一连接件具有伸入所述第一环形槽内的挤压部，沿所述挤压部的伸入方向，所述第一环形槽的槽壁与所述反应管之间的距离逐渐缩小。

根据本发明的一些实施例，所述反应管固定模组还包括高度调节件，所述高度调节件与所述套接件连接，支撑于所述反应管的下方，能够沿竖直方向运动。

根据本发明的一些实施例，所述高度调节件包括安装部与调节部，所述安装部与所述套接件连接，所述调节部与所述安装部连接，具有与所述反应管接触的内凹弧面，所述调节部的硬度小于所述安装部的硬度。

根据本发明的一些实施例，所述套接件具有第一散热腔，以及与所述第一散热腔连通的第一入口与第一出口，所述第一入口用于通入散热介质，以对各所述柔性支撑件进行散热。

根据本发明的一些实施例，所述反应管固定模组还包括柔性导热件，所述柔性导热件填充于所述间隙内，且分别与所述反应管以及所述套接件导热接触。

根据本发明的一些实施例，所述套接件包括套接在所述反应管上的套接部，以及与所述套接部连接的突出部，所述突出部沿所述反应管的轴向超出所述反应管的开口端，所述突出部的端面具有第二环形槽，所述反应炉还包括第一密封圈，所述第一密封圈位于所述第二环形槽内。

根据本发明的一些实施例，所述突出部具有第二散热腔，以及与所述第二散热腔连通的第二入口与第二出口，所述第二入口用于通入散热介质，以对所述第一密封圈进行散热。

根据本发明的一些实施例，朝向所述反应管的开口端的所述柔性支撑件为第二密封圈。

根据本发明的一些实施例，还包括炉门，所述炉门能够相对所述炉体运动，以在所述反应管与所述炉体分离后封闭所述炉体的开口。

根据本发明的一些实施例，所述炉门的运动方向垂直于所述炉体与所述反应管的相对运动的方向。

根据本发明的一些实施例，所述散热模组包括风机与风管，所述风机与所述风管连接，所述风管的抽风口朝向与所述炉体分离的所述反应管。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例反应炉处于分离状态的立体示意图；

图2为图1中反应炉处于对接状态的立体示意图；

图3为图1中炉体与第一动力模组连接的立体示意图；

图4为图1中炉门与第二动力模组连接的立体示意图；

图5为图1中反应管固定模组与反应管连接的立体示意图；

图6为图5的剖视图；

图7为图6中A区域的放大示意图；

图8为图5中反应管固定模组与反应管连接的另一个方向的立体示意图，隐藏套接件；

图9为图5中套接件的立体示意图；

图10为图9中套接件的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述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元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1、图2，本发明实施例的反应炉包括未示出的基座、炉体800、反应管100、第一动力模组900与散热模组1000，其中，基座作为承载结构，炉体800、反应管100、第一动力模组900与散热模组1000均直接或者间接地连接于基座。反应管100用于放置待加工物料。第一动力模组900用于驱动炉体800与反应管100之间发生相对运动，从而使得承载有待加工物料的反应管100进入炉体800以进行加工(如图2所示)，或者使得炉体800内的反应管100与炉体800分离(如图1所示)。当炉体800与反应管100分离后，散热模组 1000可以对反应管100进行单独散热，如此，物料(例如晶圆)可以停留在反应管100内进行快速散热，避免被空气中的杂质污染，炉体800可以保持在加热状态，能够减少整体散热时间，减少或者省去炉体800的再次升温时间，有助于提升效率，减少能耗。

需要说明的是，本申请所称的“发生相对运动”，即包括炉体800静止，反应管100发生运动，也包括反应管100静止，炉体800发生运动，或者炉体800与反应管100均发生运动。

在上述方案中，反应炉还包括反应管固定模组，反应管固定模组用于固定反应管100的一端，第一动力模组900与炉体800连接，用于驱动炉体800运动，也即，本实施例中反应管100保持静止，炉体800发生运动，由于反应管100通常由石英等容易碎裂的材料制成，因此将反应管100保持固定能够避免反应管100因运动惯性或者运动时与固定模组之间的碰撞而发生的碎裂。反应管固定模组固定于反应管100的一端(例如图示的开口端)，形成悬臂固定结构，炉体800位于反应管100的另一端，使得大部分的反应管100能够进入炉体800内。

作为上述方案的改进，反应炉还包括炉门1100，炉门1100能够通过图示的电机-丝杠驱动机构驱动而相对炉体800运动，以在反应管100与炉体800分离后封闭炉体800的开口，一方面可以避免炉体800内的热空气流出而影响反应管100的散热，另一方面可以实现炉体 800的保温，减少或者省却炉体800的再次升温时间。

需要说明的是，在上述方案中，炉门1100的运动方向垂直于炉体800与反应管100的相对运动的方向，例如，如果炉体800与反应管100能够沿图示的前后方向发生相对运动，则炉门1100能够沿图示的左右方向运动。具体的，炉门1100位于反应管100与处于分离位置(即图1所示位置)的炉体800之间，当需要封闭炉体800的开口时，炉门1100从图2 所示状态向右运动，配合炉体800的前后运动与炉体800的开口端贴合；当需要打开炉体800 的开口时，炉门1100从图1所示状态向右运动，直至位于炉体800的移动路径之外。

在上述方案中，散热模组1000包括未示出的风机与风管1010，风机与风管1010连接，风管1010的抽风口朝向与炉体800分离的反应管100，具体是位于反应管100的上方。当炉体800运动以露出反应管100后，启动风机可以对将反应管100周围的热空气抽走，从而加速反应管100的散热。需要说明的是，散热模组1000也可以组合或者单独采用其他方案，例如能够向反应管100输送冷气的制冷装置。

参照图3，在上述方案中，驱动炉体800运动的第一动力模组900与驱动炉门1100运动的第二动力模组1200均可以采用电机-丝杆驱动机构，以第一动力模组900为例，其包括滑轨910、电机920、丝杆930、未示出的丝杆螺母与滑块940，滑轨910与丝杆930均沿前后方向设置，电机920的驱动轴与丝杆930连接，炉体800与丝杆螺母连接，并通过滑块940 与滑轨910连接，随着电机920的启动，炉体800可以精确地沿前后方向运动。参照图1、图2，第二动力模组1200位于滑轨910地一侧，其所包含地滑轨与丝杆均与第一动力模组 900地滑轨910以及丝杆930垂直。

参照图4，在上述方案中，炉门1100包括连接部1110与封堵部1120，连接部1110可以是图示的板状结构，其通过连接板、连接杆等与第二动力模组1200的动力输出件连接。封堵部1120位于连接部1110朝向炉体800的一侧，可以是适合于炉体800开口形状的圆形突出结构，封堵部1120能够伸入至炉体800的开口中，保证封闭效果。

参照图5、图6，反应管固定模组包括套接件200与至少两个柔性支撑件300，套接件200用于实现反应管100与基座的固定。柔性支撑件300位于反应管100与套接件200之间，使得套接件200既能够为反应管100提供支撑，又不与反应管100直接接触，避免反应管100 与金属部件硬接触而发生碎裂的问题。

反应管100可以是公知结构，例如图中所示的圆管，其一端(例如图示的前端)为开口端110，具有供晶圆进出反应腔的开口120，另一端封闭。在本发明的改进中，开口端110被套接件200支撑以作为固定端，反应管100的另一端(例如图示的后端)悬空以作为悬空端，从而形成悬臂固定结构，便于炉体800与反应管100的对接与分离。需要说明的是，本发明所称的“开口端”、“固定端”、“悬空端”均用于说明大致的位置关系，不能理解为是对具体范围的限制。

套接件200可以是适应于反应管100的截面形状的套筒结构，其套接在反应管100的外侧，且与反应管100之间具有间隙101，使得套接件200与反应管100不直接接触。以图中所示为例，套接件200套接在开口端110的外侧。套接件200可以是金属构件，例如金属法兰，从而具有足够的强度与外部构件进行连接。

柔性支撑件300可以是适应于反应管100的截面形状的套筒结构，其套接在反应管100 的外侧，位于套接件200与反应管100之间的间隙101内，且分别与反应管100以及套接件 200接触，如此，套接件200通过柔性支撑件300对反应管100进行支撑，由于柔性支撑件300的硬度较小，在受力时会发生一定程度的变形，从而能够避免反应管100破碎。本实施例的反应炉包括有至少两个柔性支撑件300，各柔性支撑件300沿反应管100的轴向分布以提供多个支撑位置，实现套接件200对反应管100的稳定支撑。柔性支撑件300可以采用公知的柔性材料制成，例如橡胶、硅胶等。

在上述的反应管固定模组中，套接件200通过至少两个沿反应管100的轴向分布的柔性支撑件300支撑反应管100，在实现反应管100悬臂固定的同时，可以避免反应管100与硬质的套接件200直接接触而发生破裂，至少两个柔性支撑件300能够提供多个支撑位置，能够均衡反应管100的受力，减少反应管100支撑位置的压强，实现反应管100的稳定放置。

参照图7，套接件200具有第一环形槽210，第一环形槽210至少具有朝向反应管100设置的第一开口，柔性支撑件300位于第一环形槽210内，能够通过上述的第一开口与反应管100接触。以图中所示为例，反应炉包括两个柔性支撑件300，相应的，套接件200具有两个第一环形槽210，两个第一环形槽210分别位于套接件200上包覆反应管100的套接部 290的两端，且各第一环形槽210在套接部290的对应端面上形成有第二开口。

反应管固定模组还包括第一连接件400，第一连接件400可以是适应于反应管100的截面形状的套筒结构，例如套环，其套接在反应管100的外侧，且与套接件200连接，以将柔性支撑件300限制在对应的第一环形槽210内，避柔性支撑件300脱出。具体的，套接部290的端面具有第一螺纹孔291，第一连接件400具有轴向的第一通孔410，螺纹紧固件穿过第一通孔410后旋入第一螺纹孔291内即可实现第一连接件400与套接件200的固定连接。

参照图7，第一连接件400能够挤压对应的柔性支撑件300，以使柔性支撑件300沿反应管100的径向伸展，实现柔性支撑件300与套接件200以及反应管100的紧密接触。具体的，第一连接件400具有伸入第一环形槽210内的挤压部420，沿挤压部420的伸入方向，第一环形槽210的槽壁与反应管100之间的距离逐渐缩小。以图7中所示的位于套接部290 前端的第一环形槽210与第一连接件400为例，沿从前至后的方向，第一环形槽210的槽壁与反应管100之间的距离逐渐缩小，当挤压部420伸入后将推动柔性支撑件300与倾斜槽壁接触，从而对柔性支撑件300进行限位。

需要说明的是，第一连接件400也可以不设置能够伸入第一环形槽210内的挤压部420，柔性支撑件300的轴向尺寸大于第一环形槽210的轴向尺寸，使得部分柔性支撑件300位于第一环形槽210之外，如此，当第一连接件400与套接件200连接时也可以对柔性支撑件300 进行挤压。

作为上述反应管固定模组的改进，反应管固定模组还包括为未示出的柔性导热件，柔性导热件填充于间隙101内，以图中所示为例，填充于两个柔性支撑件300之间，且与反应管 100接触。柔性导热件与反应管100之间的接触面积可以大于柔性支撑件300与反应管100 的接触面积，以起到支撑与缓冲的作用，进一步避免反应管100破裂。在一些实施例中，柔性导热件可以是散热硅胶，其分别与反应管100以及套接件200接触，套接件200可以采用导热性好的材料制成，反应管100的热量可以通过柔性导热件传递至套接件200，套接件200 再通过主动或者被动的方式进行散热，从而可以实现反应管100的快速降温。

参照图8，作为上述反应管固定模组的改进，反应管固定模组还包括高度调节件600，高度调节件600与套接件200连接，支撑于反应管100的下方，能够沿竖直方向运动以对反应管100进行微调，保证反应管100的水平放置。具体的，高度调节件600包括安装部610与调节部620，安装部610通过未示出的螺纹紧固件等结构与套接件200连接，调节部620 连接于安装部610的顶部，具有与反应管100接触的内凹弧面621。调节时，旋动螺纹紧固件即可带动安装部610与调节部620上下运动。调节部620的硬度小于安装部610的硬度，例如，安装部610可以是金属构件，以保证安装强度，调节部620可以由聚四氟等材料制成，或者橡胶、硅胶等材料制成，避免硬质的金属构件直接与反应管100接触。

需要说明的是，套接件200上对应调节部620的位置设有未示出的避让孔，调节部620 能够穿过避让孔以接触反应管100。

参照图6、图9、图10，作为上述反应管固定模组的改进，套接件200具有第一散热腔220，以及与第一散热腔220连通的第一入口230与第一出口240，散热介质(例如冷却水) 能够通过第一入口230流入第一散热腔220，然后从第一出口240流出，以对套接件200进行散热，进而对与套接件200接触的柔性支撑件300进行冷却，避免柔性支撑件300因高温而快速老化，此外，结合上述的导热硅胶，对套接件200进行降温也可以实现反应管100的散热。为了提升冷却效果，柔性支撑件300可以临近第一散热腔220设置，以图中所示为例，第一散热腔220沿轴向位于两个柔性支撑件300之间，能够实现套接件200的主体部分(例如套接部290)的散热。

参照图6、图9、图10，套接件200的一端沿反应管100的轴向超出反应管100的开口端110，也即，套接件200包括包覆在反应管100上的套接部290，以及与套接部290连接且突出于反应管100的突出部2100，突出部2100的端面具有第二环形槽250，反应炉还包括第一密封圈，第一密封圈位于第二环形槽250内，可以与外部的封盖配合实现突出部2100 的内腔与外界的隔离。此外，参照图7，朝向反应管100的开口端110的柔性支撑件300为第二密封圈，能够实现套接件200与反应管100之间的密封连接，结合上述封盖与突出部2100 的密封连接，可以使反应管100的内腔处于封闭状态，便于形成真空环境。

需要说明的是，当不需要依靠套接件200实现密封时，套接件200可以不设置突出部 2100。

参照图9、图10，套接件200具有第二散热腔260，以及与第二散热腔260连通的第二入口270与第二出口280，散热介质(例如冷却水)能够通过第二入口270用于通入散热介质流入第二散热腔260，然后从第二出口280流出，以对套接件200进行散热，进而对与套接件200接触的第一密封圈进行冷却，避免第一密封圈因高温而快速老化。第二散热腔260 靠近突出部2100设置以保证对第一密封圈的冷却效果。

参照图6、图7，反应管固定模组还包括定位件500与第二连接件700，定位件500通过第二连接件700与套接件200连接，并与反应管100的开口端110接触以进行轴向定位，防止反应管100抽真空后因内外压差导致的轴向位移。定位件500的硬度小于套接件200的硬度,例如，套接件200可以是金属构件，以保证安装强度，定位件500可以由聚四氟等材料制成，或者橡胶、硅胶等材料制成，避免硬质的金属构件直接与反应管100接触。

第二连接件700可以是适应于反应管100的截面形状的套筒结构，例如套环，其朝向开口端110的端面具有第三环形槽710，定位件500朝向第二连接件700的端面伸出有卡接部 510，卡接部510卡接在第三环形槽710内以实现定位件500与第二连接件700的连接。套接部290的端面具有未示出的第二螺纹孔，第二螺纹孔与第一螺纹孔291沿套接部290周向分布。第二连接件700还具有第二通孔720，第二通孔720与第一通孔410错开，使得第二连接件700能够同样通过螺纹紧固件连接于套接部290的端面。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (15)

1.反应炉，其特征在于，包括

基座；

炉体，连接于所述基座；

反应管，连接于所述基座，用于放置待加工物料；

第一动力模组，用于驱动所述炉体与所述反应管之间发生相对运动，以使位于所述炉体内的所述反应管与所述炉体分离；

散热模组，用于对分离后的所述反应管进行散热。

2.根据权利要求1所述的反应炉，其特征在于，还包括反应管固定模组，用于固定所述反应管的一端，所述第一动力模组与所述炉体连接，用于驱动所述炉体运动。

3.根据权利要求2所述的反应炉，其特征在于，所述反应管固定模组包括：

套接件，连接于所述基座，所述套接件套接在所述反应管的外侧，且与所述反应管之间具有间隙；

至少两个柔性支撑件，所述柔性支撑件套接在所述反应管的外侧，位于所述间隙内且分别与所述反应管以及所述套接件接触，各所述柔性支撑件沿所述反应管的轴向分布。

4.根据权利要求3所述的反应炉，其特征在于，所述套接件具有第一环形槽，所述第一环形槽内具有所述柔性支撑件；

所述反应炉还包括第一连接件，所述第一连接件套接在所述反应管的外侧，且与所述套接件连接，以将所述柔性支撑件限制在对应的所述第一环形槽内。

5.根据权利要求4所述的反应炉，其特征在于，所述第一连接件具有伸入所述第一环形槽内的挤压部，沿所述挤压部的伸入方向，所述第一环形槽的槽壁与所述反应管之间的距离逐渐缩小。

6.根据权利要求3所述的反应炉，其特征在于，所述反应管固定模组还包括高度调节件，所述高度调节件与所述套接件连接，支撑于所述反应管的下方，能够沿竖直方向运动。

7.根据权利要求6所述的反应炉，其特征在于，所述高度调节件包括安装部与调节部，所述安装部与所述套接件连接，所述调节部与所述安装部连接，具有与所述反应管接触的内凹弧面，所述调节部的硬度小于所述安装部的硬度。

8.根据权利要求3所述的反应炉，其特征在于，所述套接件具有第一散热腔，以及与所述第一散热腔连通的第一入口与第一出口，所述第一入口用于通入散热介质，以对各所述柔性支撑件进行散热。

9.根据权利要求8所述的反应炉，其特征在于，所述反应管固定模组还包括柔性导热件，所述柔性导热件填充于所述间隙内，且分别与所述反应管以及所述套接件导热接触。

10.根据权利要求3所述的反应炉，其特征在于，所述套接件包括套接在所述反应管上的套接部，以及与所述套接部连接的突出部，所述突出部沿所述反应管的轴向超出所述反应管的开口端，所述突出部的端面具有第二环形槽，所述反应炉还包括第一密封圈，所述第一密封圈位于所述第二环形槽内。

11.根据权利要求10所述的反应炉，其特征在于，所述突出部具有第二散热腔，以及与所述第二散热腔连通的第二入口与第二出口，所述第二入口用于通入散热介质，以对所述第一密封圈进行散热。

12.根据权利要求10所述的反应炉，其特征在于，朝向所述反应管的开口端的所述柔性支撑件为第二密封圈。

13.根据权利要求1所述的反应炉，其特征在于，还包括炉门，所述炉门能够相对所述炉体运动，以在所述反应管与所述炉体分离后封闭所述炉体的开口。

14.根据权利要求13所述的反应炉，其特征在于，所述炉门的运动方向垂直于所述炉体与所述反应管的相对运动的方向。

15.根据权利要求1所述的反应炉，其特征在于，所述散热模组包括风机与风管，所述风机与所述风管连接，所述风管的抽风口朝向与所述炉体分离的所述反应管。

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