CN112563162B - 一种基于新型电极结构的半导体加工设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于新型电极结构的半导体加工设备，包括炉体本体、炉门，炉门上设置电极结构，电极结构包括电极柱、电极主体和绝缘材料，电极柱与电极主体连接，绝缘材料覆盖电极柱侧面；电极柱的一端与电极主体连接；电极柱另一端裸露，扩大接触面积；电极柱包括依次连接的连接部、衔接部和固定部；炉体本体采用圆柱形或者长方体，炉体本体采用金属材质，电极柱裸露的一端呈圆弧球面；本发明提供了一种结构简单、电极机构设计合理、且于炉门完美结合实现石墨舟片纵向放置，并能快速调节炉门达到具有良好密封效果的半导体的加工设备的一种基于新型电极结构的半导体加工设备。
Description
此专利是申请号为：2019106920611，专利名称为半导体的加工设备的分案
技术领域
本发明涉及半导体或光伏材料加工领域，更具体的说，它涉及一种半导体的加工设备。
背景技术
半导体或光伏材料广泛应用于电子、新能源等行业，半导体和光伏材料通常都需要经过化学处理才能够应用到产品上，CVD技术是其中的一种处理方式，CVD即化学气相沉积，CVD技术目前已经广泛用于半导体或光伏材料加工，常见的加工设备有PECVD、LPCVD、APCVD等，除了CVD之外还有扩散工艺，例如磷扩散、硼扩散等，都可以采用气体扩散的方式来对原材料进行加工，目前行业内已有不少相关的设备，可以针对具体的加工需求来选择相应的设备进行加工，半导体或光伏材料的加工，通常是将片状材料送入炉中在一定温度和压力的条件下进行反应来实现，在对半导体或者光伏材料加工的过程中，通常采用一些装置来装载或移动待加工的、加工中的或者加工后的材料，行业内通常把这种装载或者移动的装置称为舟、石墨舟、小舟或者花篮。
目前的设备中存在如下问题：石墨舟通常尺寸较大，采用横向放置一般都能达到2米左右，电场从整个石墨舟尾部传递到前部会产生很大差异，难以获得均匀一致的电场。其中，石墨舟片也将竖直设置，片状材料竖直放置在石墨舟片之间，与石墨舟片贴合。由于片状材料需要竖直放置，会出现片状材料表面与石墨舟片表面贴合不紧的情况，从而导致片状材料导电不良，工艺后的片状材料出现绕镀，片状材料四周会产生黑边，且存在倒片的风险，致使不良品率升高。
而且相应现有设备的炉门密封是靠密封板与炉框相接触的方式进行密封，且密封板为卡扣式，即密封板通过卡扣固定在炉门上，在炉门密封不严时，操作人员通过敲打卡扣的方式使密封板前进进行密封，但是，经过长时间使用，密封板与炉框相接触的位置磨损严重，再通过密封板对炉门与炉框进行密封的时候，就会出现密封不严的情况，从而导致炉门冒烟，影响环境卫生，同时还会对企业经济效益和社会效益造成严重的影响。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种结构简单、电极机构设计合理、且于炉门完美结合实现石墨舟片纵向放置，并能快速调节炉门达到具有良好密封效果的半导体的加工设备。
本发明的技术方案如下：
半导体的加工设备，包括炉体本体、炉门，炉门上设置电极结构，电极结构包括电极柱、电极主体和绝缘材料，电极柱与电极主体连接，绝缘材料覆盖电极柱侧面；电极柱的一端与电极主体连接；电极柱另一端裸露，扩大接触面积；
电极柱包括连接部、衔接部和固定部；连接部覆盖具有绝缘、加固的材料，衔接部覆盖具有绝缘、可拉伸材料，固定部覆盖绝缘材料；电极柱与电极主体之间设置导电连接件；导电连接件的一端设置放置电极柱的安置孔，导电连接件的另一端设置连接电极主体的连接孔；电极柱的连接部和衔接部的直径相同，衔接部的直径大于固定部的直径；
炉体本体采用圆柱形或者长方体，炉体本体采用金属材质，电极柱裸露的一端呈圆弧球面；
炉门上设置调整结构，其包括调整装置本体、设置在调整装置本体上的旋钮件，调整装置本体与炉门通过旋钮件连接；调整装置本体的轴向与旋钮件的轴向是非平行关系；炉门中心设置连接部与调整装置本体连接，连接部上设置与旋钮件匹配的通孔；调整装置本体靠近炉门中心的一端设置连接孔，连接孔靠近炉门的一侧，连接孔直径最大；或者连接孔越远离炉门的一侧，连接孔的直径最大；调整装置远离炉门中心的一端设置控制调整装置本体转动的旋件。
进一步的，电极柱的衔接部侧面设置辅助固定装置；辅助固定装置固定于炉门远离炉体本体的一侧；辅助固定装置包括固定柱、气缸、伸缩杆和夹持装置；其中固定柱的一端与炉门固定，另一端与气缸固定；气缸靠近电极柱的一端设置伸缩杆，其受气缸控制；伸缩杆另一端固定夹持装置。
进一步的，连接部覆盖采用陶瓷绝缘套管，衔接部覆盖采用波纹管，固定部覆盖采用铁氟龙套管；电极柱与电极主体之间设置导电连接件采用法兰。
进一步的，炉体本体外侧设置加强筋。
进一步的，炉体本体采用耐高温、抗压材料。
进一步的，调整装置本体的轴向与旋钮件的轴向为垂直关系。
进一步的，旋件周围设置固定件，固定件采用螺栓、铆钉或焊接固定。
进一步的，旋件远离调整装置本体的一端设置调整件，另一端固定在调整装置本体上；调整件套接固定在旋件上，使旋件受调整件控制。
进一步的，调整件与旋件之间的接触面采用凹凸面来固定旋件。
进一步的，调整装置本体整体采用长方体；连接部整体呈圆柱形，连接部远离炉门的一端设置导角；炉门上设置热电偶；调整装置本体的另一端与升降模块连接，实现炉门的升降控制；升降模块包括滑轨、气缸和固定件，固定件连接调整装置本体，气缸连接固定件，固定件设置在滑轨上。
本发明的优点在于：
本方案结构简单、设计合理、将反应设备的炉体本体采用耐高温、抗压材料，以金属材料为较佳选择，提高本身的抗压属性和使用寿命。金属类导电材料的选择，为避免炉体本体的通电，在电极结构中覆盖绝缘材料，来避免漏电。当炉体采用非圆形设计，或其它材料时，容易出现抗压性差，故加入相应加强筋设计，来提升整体抗压性。
电极结构具体采用多种绝缘材料，具有绝缘、加固的陶瓷绝缘套管材料，具有绝缘、可拉伸的波纹管材料，容易套接极具耐高温和绝缘性能的铁氟龙套管材料，实现电极柱中处于炉体本体上不同部位采用不同的绝缘材料，达到尽可能完美绝缘和炉体本体的真空密封效果。
连接件的法兰选择，更好的连接了电极柱和电极主体，将炉门因设置电极结构处容易发生漏电的部分，加强保障能达到真空状态的要求。电极柱上设置的辅助固定装置能灵活的调整和控制电极柱。
本方案通过调整装置本体的调节作为调整炉门的一个维度，旋钮件的辅助调整炉门为另一个维度，从而实现炉门的调整，以配合炉体达到真空密封效果。两者维度为垂直关系时，更能实现高效、便捷的进行炉门的调整，达到炉门与炉体结合的良好密封效果。旋钮件不仅可以当作调整炉门一个维度的结构，亦可实现炉门与调整装置本体的连接。
本方案在连接部上设置与旋钮件匹配的通孔，提供旋钮件转动微调炉门的空间。连接部的一端上设置导角，实现便于快速安装炉门与调整装置本体连接的作用。连接孔的直径是变化的，其最小的地方作为固定点，其它位置提供炉门可以微调的空间。调整件与旋件之间的接触面采用凹凸面来进行加固旋件。具体本方案通过在旋件上设置调整件来进行控制旋件，调整件也采用采用可夹紧旋件的器件，固定旋件后再转动，从而实现该维度的控制调整。其中旋钮件可与气缸连接进行控制，实现智能微调。
附图说明
图1为本发明装上石墨舟的示意图；
图2为本发明采用传统圆柱形反应炉设置电极结构的示意图；
图3为本发明的一种电极结构爆炸图；
图4为本发明图3的剖面图；
图5为本发明的另一种电极结构爆炸图；
图6为本发明图5的剖面图；
图7为本发明的炉门调整结构结合升降模块的示意图；
图8为本发明的图7中调整结构的剖面图；
图9为本发明的图7中调整结构的爆炸图。
图中标识：炉体本体1、炉门2、连接部2-12、调整装置本体2-13、连接孔2-14、旋钮件2-15、旋件2-16、固定件2-17、调整件2-18、辅助固定装置3-1、法兰3-2、密封腔体3-21、铁氟龙套管3-3、波纹管3-4、电极主体3-5、陶瓷绝缘套管3-6、电极柱3-7、气体输入口4、真空接口5。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
如图1至图6所示，半导体的加工设备，包括炉体本体1、炉门2，炉门2上设置电极结构，电极结构包括电极柱3-7、电极主体3-5和绝缘材料。电极柱3-7与电极主体3-5连接，绝缘材料覆盖电极柱3-7侧面。通过对电极柱的绝缘包裹覆盖，使电极柱3-7只露出两端，在炉门2与石墨舟中的电极结构连接时将更方便，更容易形成均匀的电场，实现等离子体增强化学气相沉积。如图1所示，炉体本体1内将平行放置石墨舟，石墨舟上的硅片也将平行放置。此放置结构比传统竖直放置石墨舟的产能更高，且更容易控制石墨舟的高度，石墨舟尾部传递到前部的电场差异将极小。炉体本体内平行放于石墨舟中的每一层石墨舟板，更容易紧密设置，且不会提高产品的不良率。
炉体本体1采用规则形状如圆柱形或者长方体，也可以采用非规则图形如多边形，带内角形状等，只要与石墨舟整体形状相匹配即可。炉体本体1当采用非圆柱形设计情况下，在工艺处理过程中，炉体本体会处于真空状态下，容易产生挤压变形。为防止炉体本体1的变形，并提高使用寿命，可在炉体本体1外侧设置加强筋，以提高整体在使用过程中的抗压能力。炉体本体1采用耐高温、抗压材料，以炉体本体1采用金属材质为较佳选择，如采用SUS310S不锈钢结构，炉体本体1亦可采用如传统的石英材料等。
具体的，如图3至图6所示，覆盖电极柱3-7电极柱包括连接部、衔接部和固定部；连接部覆盖具有绝缘、加固的材料，衔接部覆盖具有绝缘、可拉伸材料，固定部覆盖绝缘材料。具体的连接部覆盖采用陶瓷绝缘套管3-6，衔接部覆盖采用波纹管3-4，固定部覆盖采用铁氟龙套管3-3为佳。自然也可以其他本领域技术人员能想到的，实现该功能的绝缘材料进行替换。以采用最佳材料为例，波纹管3-4实现电极结构升降动作时的动密封。陶瓷绝缘套管3-6更具有保护电极柱3-7不受炉体本体1内工艺处理气体的腐蚀。铁氟龙套管3-3达到炉门2与炉体本体1结合时的真空密封和绝缘效果。从而避免了当采用金属炉体本体1时的通电，确保设备安全和提供良好的加工石墨舟的环境。
电极柱3-7与电极主体3-5之间设置导电连接件，导电连接件采用法兰3-2。便于法兰3-2的连接，电极柱3-7的连接部和衔接部的直径相同，自然也可以不同。衔接部的直径大于固定部的直径，便于电极柱3-7的固定。即法兰3-2连接电极柱3-7与电极主体3-5，法兰3-2一端设置放置电极柱3-7的安置孔，法兰3-2另一端设置连接电极主体3-5的连接孔。以确保电极柱3-7与电极主体3-5完好的连接。具体的法兰3-2包括上部和下部，上部和下部之间设置密封腔体3-21，避免电极柱3-7在与电极主体3-5连接处出现非密封状况，影响对石墨舟处理效果。作为优选，电极柱3-7裸露的一端呈圆弧球面，以增加导通面积，自然也可以采用其他的形状，如矩形、菱形等等，只要增加导通面积的方式都可，以此提供更好的与石墨舟连接的基础，提高导通几率。
电极柱3-7的衔接部的侧面设置辅助固定装置3-1；辅助固定装置3-1固定于炉门2远离炉体的一侧；辅助固定装置3-1包括固定柱、气缸、伸缩杆和夹持装置；
固定柱的一端与炉门2固定，另一端与气缸固定；气缸靠近电极柱3-7的一端设置伸缩杆，其受气缸控制；伸缩杆另一端固定夹持装置，达到控制电极结构的移动，扩大适应的石墨舟规格。也可以将电极柱3-7的连接部与衔接部分离，通过辅助固定装置3-1的控制，实现控制电极柱3-7的导电通断。
其中炉门2上还设置真空接口5对炉体本体1内部抽真空，通过设置气体输入口4对炉体本体1内部输入工艺气体，此真空接口、气体输入口4在保证炉体本体1内的真空密封状态，即可根据实际需要进行设置，也可如图2气体输入口4设置在炉门2上，真空接口设置在炉体本体1上。
如图7至图9所示，炉门2上设置调整结构，其包括调整装置本体2-13、设置在调整装置本体2-13上的旋钮件2-15，调整装置本体2-13与炉门2通过旋钮件2-15连接。调整装置本体2-13形成作为调整炉门2的一个维度，旋钮件2-15作为辅助调整炉门2的另一个维度，从而实现炉门2的调整，以配合炉体达到真空密封效果。
具体的调整装置本体2-13的轴向与旋钮件2-15的轴向是非平行关系，即相互存在交点，可以形成两个维度的调整，达到炉门2姿势变化进行微调的需要。作为优选，调整装置本体2-13的轴向与旋钮件2-15的轴向为垂直关系，实现相对更高效、便捷的调整炉门2。
炉门2中心设置连接部2-12与调整装置本体2-13连接，连接部2-12上设置与旋钮件2-15匹配的通孔，提供旋钮件2-15转动微调炉门2的作用。具体的可在旋钮件2-15上设置螺纹，且旋钮件2-15此端整体采用跑道状。连接部2-12整体呈圆柱形，连接部2-12远离炉门2的一端设置导角，实现炉门2与调整装置本体2-13快速的安装固定。其中旋钮件2-15不仅可以当作调整炉门2一个维度的结构，也实现炉门2与调整装置本体2-13的连接。
调整装置本体2-13整体采用长方体，也可以是椭圆形柱，菱形柱或不规则图形柱等，只要能实现调整装置本体2-13作为调整炉门2的一个维度，而调整装置本体2-13上有可以作为另一个维度调整炉门2的空间结构即可。具体的调整装置本体2-13靠近炉门2中心的一端设置连接孔2-14，连接孔2-14靠近炉门2的一端，连接孔2-14的直径最大；或者连接孔2-14远离炉门2的一端，连接孔2-14的直径最大。通过连接孔2-14变化的内径提供炉门2微调的空间，即连接孔2-14内径最小的地方作为固定点，连接孔2-14其它位置提供炉门2微调空间。
调整装置本体2-13远离炉门2中心的一端设置控制调整装置本体2-13转动的旋件2-16，旋件2-16周围设置固定件2-17，固定件2-17采用螺栓、铆钉或焊接的方式进行固定，实现对调整装置本体2-13的固定，确保炉门2的稳固调整。旋件2-16的转动来实现调整装置本体2-13这一维度的控制。
旋件2-16远离调整装置本体2-13的一端还设置调整件2-18，旋件2-16另一端固定在调整装置本体2-13上。其中调整件2-18套接在旋件2-16上，调整件2-18固定旋件2-16，且调整件2-18与旋件2-16之间的接触面采用凹凸面来进行加固旋件2-16，或以通过其它增加摩擦力的方式或相应卡接结构的方式进行固定连接。实现在旋件2-16上设置调整件2-18来进行控制旋件2-16。调整件2-18本身也可是采用夹紧旋件2-16，固定住旋件2-16再转动，从而实现该维度的控制调整。其中旋钮件2-15也可与气缸连接进行控制，实现智能微调。
炉门2上还可以设置热电偶，调整装置本体2-13的另一端与升降模块连接，实现炉门2的升降控制。升降模块包括滑轨、气缸和固定件。固定件连接调整装置本体2-13，气缸连接固定件，固定件设置在滑轨上。
综上，炉体本体1和炉门2一般均采用SUS310S不锈钢结构，以加强抗压能力。其中炉门2可通过连接炉门2上的升降模组来实现炉门2的自动打开和闭合。炉门2上设置的电极柱3-7未避免导通整个炉体本体1，而设置绝缘材料，确保电极柱3-7两端进行电源的连接，有效控制电场从石墨舟的两侧电极同时引入，使石墨舟内产生的电场均匀，硅片的膜厚均匀性好，实现对产品质量的稳定控制。通过炉门2上设置辅助固定装置3-1实现炉门2上电极结构的控制，通过电极结构接通电源，以形成电场，实现对石墨舟上产品质量的稳定控制。通过炉门2上设置的调整结构，以调整装置本体2-13的调节作为炉门2调整的一个维度，旋钮件2-15的辅助调整作为炉门2调整的另一个维度，从而实现炉
门2的调整，以配合炉体达到真空密封效果。两者维度为垂直关系时，更能实现高效、便捷的进行炉门2的调整，达到炉门2与炉体结合的良好密封效果。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于新型电极结构的半导体加工设备,其特征在于：包括炉体本体、炉门，炉门上设置电极结构，电极结构包括电极柱、电极主体和绝缘材料，电极柱与电极主体连接，绝缘材料覆盖电极柱侧面；电极柱的一端与电极主体连接；电极柱另一端裸露，扩大接触面积；
电极柱包括依次连接的连接部、衔接部和固定部；连接部上覆盖具有绝缘、加固的材料，衔接部上覆盖具有绝缘、可拉伸材料，固定部上覆盖绝缘材料；电极柱与电极主体之间设置导电连接件；
导电连接件的一端设置放置电极柱的安置孔，导电连接件的另一端设置连接电极主体的连接孔，所述固定部设置在所述导电连接件的所述安置孔中；电极柱的连接部和衔接部的直径相同，衔接部的直径大于固定部的直径；
炉体本体采用圆柱形或者长方体，炉体本体采用金属材质，电极柱裸露的一端呈圆弧球面；
炉门上设置调整结构，其包括调整装置本体、设置在调整装置本体上的旋钮件，调整装置本体与炉门通过旋钮件连接；调整装置本体的轴向与旋钮件的轴向是非平行关系；炉门中心设置连接部与调整装置本体连接，炉门中心的连接部上设置与旋钮件匹配的通孔；调整装置本体靠近炉门中心的一端设置连接孔；调整装置远离炉门中心的一端设置控制调整装置本体转动的旋件；炉体本体外侧设置加强筋；旋件周围设置固定件，固定件采用螺栓、铆钉或焊接固定。
2.根据权利要求1所述的一种基于新型电极结构的半导体加工设备，其特征在于：电极柱的衔接部侧面设置辅助固定装置；辅助固定装置固定于炉门远离炉体本体的一侧；辅助固定装置包括固定柱、气缸、伸缩杆和夹持装置；其中固定柱的一端与炉门固定，另一端与气缸固定；气缸靠近电极柱的一端设置伸缩杆，其受气缸控制；伸缩杆另一端固定夹持装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于新型电极结构的半导体加工设备，其特征在于：连接部覆盖采用陶瓷绝缘套管，衔接部覆盖采用波纹管，固定部覆盖采用铁氟龙套管；电极柱与电极主体之间设置导电连接件采用法兰。
4.根据权利要求1所述的一种基于新型电极结构的半导体加工设备，其特征在于：炉体本体采用耐高温、抗压材料。
5.根据权利要求1所述的一种基于新型电极结构的半导体加工设备，其特征在于：旋件远离调整装置本体的一端设置调整件，另一端固定在调整装置本体上；调整件套接固定在旋件上，使旋件受调整件控制；调整件与旋件之间的接触面采用凹凸面来固定旋件。
6.根据权利要求1所述的一种基于新型电极结构的半导体加工设备，其特征在于：调整装置本体整体采用长方体；所述炉门中心的连接部整体呈圆柱形，所述炉门中心的连接部远离炉门的一端设置导角；炉门上设置热电偶；调整装置本体的另一端与升降模块连接，实现炉门的升降控制；升降模块包括滑轨、气缸和固定件，固定件连接调整装置本体，气缸连接固定件，固定件设置在滑轨上。
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