CN113380672A - 半导体热处理设备 - Google Patents

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CN113380672A CN202110637509.7A CN202110637509A CN113380672A CN 113380672 A CN113380672 A CN 113380672A CN 202110637509 A CN202110637509 A CN 202110637509A CN 113380672 A CN113380672 A CN 113380672A
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陈志兵
李旭刚
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Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
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Abstract

本申请实施例提供了一种半导体热处理设备。该半导体热处理设备包括：加热腔室的底壁设有与加热空间连通的在安装口，安装口远离加热空间的一端形成有第一凹槽；外工艺管伸入加热腔室的加热空间内，外工艺管底部的外周壁设置散热凸台，并且外工艺管的底端具有工艺口；承载机构通过密封结构与工艺口和加热腔室的底壁密封连接；承载机构的顶面设有第二凹槽，第二凹槽与第一凹槽配合构成散热腔，散热腔用于对散热凸台进行散热。本申请实施例使得半导体热处理设备能适用于长时间高温氧化等工艺，并且还能大幅降低维护时间及维护成本。

Description

半导体热处理设备
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种半导体热处理设备。
背景技术
目前，碳化硅片(SiC)高温氧化工艺，是第三代半导体SiC器件集成电路生产线关键工艺。SiC材料在高温条件下产生非常致密的二氧化硅(SiO2)薄膜，但是氧在SiO2中的扩散系数非常小，因此在常规条件下氧化速率较低。通常SiC高温氧化工艺需要至少4小时以上，相较于硅氧化的工艺时间很长。随着氧化层厚度的增加，氧化速率变慢，使得工艺时间变得更长，并且由于工艺温度高达1500℃，常规材料无法满足工艺腔室内高洁净度、高温、真空、氧化等工艺环境要求。现有技术中通常采用高纯SiC及高纯石英作为制备工艺腔室及其内部零件的材料。由于SiC的导热性很好，热量很容易从工艺腔室的加热区通过工艺腔室侧壁传递到工艺口处，而高纯石英本身导热性较差，与工艺口接触的高纯石英法兰热阻较高，因此热量容易在工艺口处聚集而导致此处温度升高，这样与工艺口接触的密封圈就有很大风险超过许用温度，从而导致工艺腔室的工艺口密封失效。因此现有技术中的工艺腔室只能用于短时间的高温工艺，使工艺口温度尚未超过密封圈许用温度即结束工艺开始降温。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种半导体热处理设备，用以解决现有技术存在的由于长时间高温导致工艺口密封失效的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种半导体热处理设备，包括：加热腔室、外工艺管、承载机构及密封结构；所述加热腔室内形成有加热空间，所述加热腔室的底壁上设有与所述加热空间连通的安装口，所述安装口远离所述加热空间的一端形成有第一凹槽；所述外工艺管顶部经由所述安装口伸入所述加热空间内，所述外工艺管的底端具有工艺口，所述外工艺管底部的外周壁靠近所述工艺口处设置散热凸台；所述承载机构通过所述密封结构分别与所述工艺口和所述加热腔室的底壁密封连接；所述承载机构的顶面上形成有第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一凹槽配合构成散热腔，所述散热凸台位于所述散热腔内，所述散热腔用于对所述散热凸台进行散热。
于本申请的一实施例中，所述密封结构沿所述外工艺管的轴向位于所述散热凸台和所述工艺口之间。
于本申请的一实施例中，所述密封结构包括第一密封件，所述第一密封件位于所述承载机构与所述加热腔室的底壁之间；所述加热腔室的底壁内开设第一冷却流道，所述第一冷却流道位于所述第一凹槽的外周，并且位于所述第一密封件的上方，用于通入冷却介质以对所述散热腔及所述第一密封件进行冷却。
于本申请的一实施例中，所述密封结构还包括第二密封件，所述第二密封件位于所述承载机构的内壁与所述外工艺管的底端之间；所述承载机构内开设有第二冷却流道，所述第二冷却流道沿所述外工艺管的轴向位于所述第二密封件和所述散热凸台之间，用于通入冷却介质以对所述第二密封件进行冷却。
于本申请的一实施例中，所述承载环内开设有所述第二冷却流道，所述的半导体热处理设备还包括嵌套于外工艺管内的内工艺管；所述承载机构包括承载环及承载结构，所述承载环套设于所述外工艺管的外周，所述承载环位于所述散热凸台和所述工艺口之间，所述第二凹槽形成于所述承载环的内壁的顶面，并且所述承载环的顶面通过所述第一密封件与所述加热腔室的底壁密封连接；所述承载结构安装于所述外工艺管的底部，并且与所述承载环连接，用于承载所述内工艺管。
于本申请的一实施例中，所述承载环内壁底部开设有周向斜面，所述第二密封件套设于所述外工艺管底端的外周，并且位于所述周向斜面处；所述承载结构包括固定座和抗腐蚀材质的托环，所述托环的顶面与所述承载环的底面贴合设置，并且所述托环的内缘能伸入所述外工艺管内以用于承载所述内工艺管；所述固定座与所述承载环连接，用于将所述托环压紧于所述承载环上，以使所述托环通过所述第二密封件与所述外工艺管密封连接。
于本申请的一实施例中，所述承载结构还包括紧固组件及锁紧组件，所述紧固组件穿过所述固定座后与所述承载环连接，用于将所述托环锁紧于所述承载环上；所述锁紧组件设置于所述固定座上，用于将所述固定座与所述承载环定位并锁紧。
于本申请的一实施例中，半导体热处理设备还包括工艺门机构，所述工艺门机构包括阻热装置及底座，所述阻热装置为抗腐蚀材质制成，并且设置于所述底座上，所述底座用于与一升降装置连接以带动所述阻热装置选择性与所述托环密封连接；所述半导体热处理设备还包括有至少一条流体通道，所述流体通道形成于所述托环及所述阻热装置内，用于在所述阻热装置与所述托环密封连接时向所述内工艺管内输入气体。
于本申请的一实施例中，所述流体通道包括第一流道、第二流道及密封缓冲组件，所述第一流道的进口及出口分别位于所述托环的周壁及底面；所述阻热装置包括有底板，所述底板的顶面选择性与所述托环贴合密封，所述底板靠近边缘部分开设有安装槽，所述第二流道的进口位于安装槽底部，所述密封缓冲组件设置于所述安装槽内，用于缓冲所述底板与所述托环之间的压力以及密封所述第一流道及所述第二流道。
于本申请的一实施例中，所述密封缓冲组件包括抗腐蚀材质的活动管及柔性密封件，所述活动管顶部设有凸环，所述活动管的底部与所述第二流道的进口活动配合；所述柔性密封件套设于所述活动管上，并且位于所述凸环与所述安装槽底面之间。
于本申请的一实施例中，所述工艺门机构还包括有密封组件，所述密封组件设置于所述底板的顶面，所述底板通过所述密封组件与所述托环密封连接，并且所述密封组件能在所述底板上形成环形密封空间，所述安装槽位于所述密封空间内。
于本申请的一实施例中，所述阻热装置还包括有隔热筒，所述隔热筒设置于所述底板的顶面上，所述第二流道的出口位于所述隔热筒顶部中间位置；所述底板上开设有装料口，所述装料口用于向隔热筒内填充隔热材料；所述底板内开设有抽气通道，所述抽气通道分别与所述密封空间及所述装料口连通，所述底座能够密封所述装料口，所述抽气通道用于在对所述密封空间抽真空时，同时对所述隔热筒内抽真空。
于本申请的一实施例中，所述底座的顶面上具有与所述装料口对应设置的定位台，所述定位台用于密封所述装料口，并且所述定位台伸入所述装料口内，用于定位所述底板。
于本申请的一实施例中，所述工艺门机构还包括压环、缓冲垫片及连接件，所述压环套设于所述底板的边缘，并且所述压环的底部与所述底座的顶面贴合设置，多个所述连接件均穿过所述压环后与所述底座连接；所述缓冲垫片设置于所述压环和所述底板之间。
于本申请的一实施例中，所述承载机构还包括柔性垫片，两个所述柔性垫片分别设置于所述托环的顶面及底面，用于保护所述托环。
于本申请的一实施例中，所述承载机构还包括有耐热材质的缓冲垫块，所述缓冲垫块设置于所述散热凸台及所述散热腔之间，用于保护所述散热凸台，并且所述缓冲垫块的导热系数大于所述密封结构的导热系数，以使所述散热腔对所述散热凸台进行散热。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请实施例通过在外工艺管的外周壁上设置有散热凸台，并且在承载机构与加热腔室底壁之间形成散热腔，通过散热腔预先对散热凸台进行散热，可以有效避免外工艺管顶部的热量传递并聚集于工艺口处，避免承载机构与工艺口之间由于温度过高而导致的密封结构失效，从而大幅提高本申请实施例的长时间耐高温的性能，进而使得半导体热处理设备适用于长时间高温氧化等工艺，并且还能大幅降低维护时间及维护成本。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种半导体热处理设备的整体剖视示意图；
图2为本申请实施例提供的一种半导体热处理设备的局部放大剖视示意图；
图3为本申请实施例提供的一种半导体热处理设备的局部放大示意图；
图4为本申请实施例提供的一种半导体热处理设备的另一视角局部放大剖视示意图；
图5为图4中提供的一种半导体热处理设备的A部放大剖视示意图；
图6为图2中提供的一种半导体热处理设备的局部放大剖视示意图。
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。
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。
本申请实施例提供了一种半导体热处理设备，该半导体热处理设备的结构示意图如图1所示，包括：加热腔室1、外工艺管2、承载机构3及密封结构；加热腔室1内形成有加热空间11，加热腔室1的底壁上设有与加热空间11连通的安装口12，安装口12远离加热空间的一端形成有第一凹槽；外工艺管2顶部经由安装口12伸入加热空间11内，外工艺管2的底端具有工艺口22，外工艺管2底部的外周壁设置散热凸台21；承载机构3通过密封结构分别与工艺口22和加热腔室1的底壁密封连接；承载机构3的顶面设有第二凹槽，第二凹槽与第一凹槽配合构成散热腔5，散热凸台21位于散热腔5内，散热腔5用于对散热凸台21进行散热。
如图1所示，半导体热处理设备具体可以用于对晶圆(图中未示)执行高温氧化工艺，晶圆例如是碳化硅晶圆或者硅晶圆，但是本申请实施例并不以此为限。加热腔室1具体采用金属材质及保温材质制成的圆柱形结构，加热腔室1内形成有密闭的加热空间11，用于对外工艺管2进行加热。加热腔室1的底壁中部位置可以设置有安装凸台13，安装口12及第一凹槽均可以形成于该安装凸台13内，即加热腔室1的底壁上设有与加热空间11连通的安装口12，并且远离加热空间11的一端上形成有第一凹槽。外工艺管2具体可以为石英材质或者碳化硅材质制成的管状结构，外工艺管2的顶部可以经由安装口12伸入加热空间11内，外工艺管2的底部外周壁上设置有散热凸台21，并且外工艺管2的底端具有工艺口22，用于传入或传出晶圆。加热腔室1设置有安装凸台13使得本申请实施例结构更为简单合理，但是并非所有实施例中加热腔室1的底壁均具有安装凸台13，在一些实施例中安装凸台13也可以省略。承载机构3通过密封结构与工艺口22密封连接，并且与加热腔室1的底壁密封连接，用于将外工艺管2固定于加热腔室1上，并且能对加热空间11进行封闭。进一步的，承载机构3的顶面上还设置有第二凹槽，承载机构3通过该第二凹槽容置散热凸台21以承载外工艺管2，并且第二凹槽与第一凹槽配合以形成散热腔5，以共同对散热凸台21进行散热，避免热量传递并聚集在工艺口22处，从而防止承载机构3与工艺口22之间密封失效。
本申请实施例通过在外工艺管的外周壁上设置有散热凸台，并且在承载机构与加热腔室底壁之间形成散热腔，通过散热腔预先对散热凸台进行散热，可以有效避免外工艺管顶部的热量传递并聚集于工艺口处，避免承载机构与工艺口之间由于温度过高而导致的密封结构失效，从而大幅提高本申请实施例的长时间耐高温的性能，进而使得半导体热处理设备适用于长时间高温氧化等工艺，并且还能大幅降低维护时间及维护成本。
需要说明的是，本申请实施例并不限定散热凸台21的形状及数量，例如散热凸台21可以为多个，并且其截面形状可以为矩形、弧形或三角形等结构，而散热腔5的形状及数量对应设置即可。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1所示，密封结构沿外工艺管2的轴向位于散热凸台21和工艺口22之间。具体来说，密封结构具体可以沿工艺管2的轴向排列设置，并且具体可以位于散热凸台21与工艺口22之间，由于散热凸台21与散热腔5配合预先对外工艺管2进行散热，以避免热量聚集在工艺口22处，以避免由于长时间高温氧化工艺造成工艺口22处温度过高损坏密封结构，从而提高密封结构的密封效果，以及大幅延长密封结构的使用寿命，进而进一步降低维护及应用成本。
于本申请的一实施例，如图1所示，密封结构包括第一密封件51，第一密封件51位于承载机构3与加热腔室1的底壁之间；加热腔室1的底壁内开设第一冷却流道52，第一冷却流道52位于第一凹槽的外周，并且位于第一密封件51的上方，用于通入冷却介质以对散热腔5及第一密封件51进行冷却。
如图1所示，承载机构3的顶面与加热腔室1底壁贴合设置，具体来说，承载机构3的顶面与安装凸台13的底面贴合设置，两者之间设置有第一密封件51，第一密封件51可以为聚四氟乙烯材质或者橡胶材质等柔性材质制成的密封圈，第一密封件51套设于外工艺管2的外周，并且远离外工艺管2，以避免外工艺管2由于长时间高温状态导致第一密封件51失效，从而提高第一密封件51的密封效果及延长使用寿命。第一冷却流道52开设于安装凸台13内，并且位于第一凹槽的外周以及第一密封件51的上方，第一冷却流道52与一冷源连接，以通入冷却介质从而对第一密封件51、散热腔5及散热凸台21的顶部进行冷却。采用上述设计，不仅加快了散热凸台21的散热效率，以减少热量向工艺口22流动，从而进一步提高了工艺口22与承载机构3之间密封连接的耐高温性能；而且还能对第一密封件51进行冷却，从而进一步提高第一密封件51的密封效果及延长使用寿命。
于本申请的一实施例中，如图1所示，密封结构还包括第二密封件53，第二密封件53位于承载机构3的内壁与外工艺管2的底端之间；承载机构3内开设有第二冷却流道54，第二冷却流道54沿外工艺管2的轴向位于第二密封件53和散热凸台21之间，用于通入冷却介质以对第二密封件53进行冷却。
如图1所示，承载机构3套设于外工艺管2底端上，第二密封件53设置于两者之间，第二密封件53可以为聚四氟乙烯材质或者橡胶材质等柔性材质制成的密封圈，第二密封件53套设于外工艺管2底端上，承载机构3通过第二密封件53与外工艺管2的底端实现密封连接。第二冷却流道54开设于承载机构3内，其位于第二密封件53的外周，并且在外工艺管2的轴向上位于第二密封件53与散热凸台21，即第二冷却流道54可以位于第二密封件53的外周斜上方，以及位于散热凸台21的外周斜下方。第二冷却流道54与一冷源连接，以通入冷却介质从而对第二密封件53进行冷却。采用上述设计，由于第二冷却流道54能直接对第二密封件53进行冷却，可以避免第二密封件53温度过高而导致密封失效，并且第二冷却流道54还可以对散热凸台21进行冷却，以进一步防止热量向工艺口22聚集，从而进一步提高本申请实施例的耐高温性能。
于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，半导体热处理设备还包括嵌套于外工艺管2内的内工艺管24；承载机构3包括承载环31及承载结构，承载环31套设于外工艺管2的外周，承载环31位于散热凸台21和工艺口22之间，第二凹槽形成于承载环31的内壁的顶面，并且承载环31的顶面通过第一密封件51与加热腔室1的底壁密封连接，以用于承载外工艺管2；承载结构安装于外工艺管2的底部，并且与承载环31连接，用于承载内工艺管24。
如图1及图2所示，半导体热处理设备还包括嵌套于外工艺管2内的内工艺管24，散热凸台21一体形成于外工艺管2的外周壁上，但是本申请实施例并不以此为限。承载环31具体采用金属材质制成环体，承载环31的内壁的顶面上形成有第二凹槽，承载环31套设于外工艺管2的底部，并且与加热腔室1底壁上的安装凸台13连接，第一密封件51设置于承载环31与安装凸台13之间，散热腔5的第二凹槽与散热凸台21配合以固定外工艺管2，承载环31采用金属材质能大幅提高结构强度，从而增加外工艺管2与加热腔室1之间的连接强度。承载结构可以设置于外工艺管2的底部，并且与承载环31连接，承载结构可以用于承载内工艺管24。采用该设计，由于外工艺管2及内工艺管24分别由不同承载结构进行安装，可以避免现有技术中由于外工艺管2及内工艺管24长度较长且间隙较小导致的装配不便的问题，从而大幅提高本申请实施例的拆装维护效率。
于本申请的一实施例中，如图1至图3所示，承载环31内开设有第二冷却流道54，承载环31内壁底部开设有周向斜面，第二密封件53套设于外工艺管2底端的外周，并且位于周向斜面处；承载结构包括固定座32和抗腐蚀材质的托环34，托环34的顶面与承载环31的底面贴合设置，并且托环34的内缘能伸入外工艺管2内以用于承载内工艺管24；固定座32与承载环31连接，用于将托环34压紧于承载环31上，以使托环34通过第二密封件53与外工艺管2密封连接。
如图1至图3所示，承载环31内开设有第二冷却流道54，承载环31内壁可以开设有周向斜面，第二冷却流道54可以环绕该周向斜面设置，该周向斜面与外工艺管2的底端外壁之间形成有安装空间，第二密封件53套设于外工艺管2的底端上，并且位于在该安装空间内。托环34具体采用抗腐蚀材质制成，例如采用石英或者陶瓷等抗腐蚀耐高温的材质，但是本申请实施例并不以此为限。托环34的顶面与承载环31的底面贴合设置，此时托环34的顶面、承载环31的周向斜面以及外工艺管2的外壁之间共同构成三角形的安装空间，由于第二密封件53安装于该安装空间内，通过固定座32及承载环31的配合以使得托环34将第二密封件53压紧于安装空间内，从而实现了托环34与外工艺管2之间的密封，即实现了外工艺管2的密封。托环34的内缘能伸入外工艺管2内以承载内工艺管24，例如内工艺管24底端可以一体形成有托环34，但是本申请实施例并不以此为限。通过托环34对外工艺管2进行承载，使得内工艺管24与外工艺管2分别安装，避免两者采用同一承载结构进行承载而造成装配困难的问题，从而大幅降低了装配难度。固定座32具体采用金属材质制成的环状结构，采用该设计，由于固定座32采用金属材质能提高本申请实施例的结构强度，而且使得本申请实施例结构简单易于实现。
于本申请的一实施例中，如图1至图3所示，承载结构还包括紧固组件33及锁紧组件35，紧固组件33穿过固定座32后与承载环31连接，用于将托环34锁紧于承载环31上；锁紧组件35设置于固定座32上，用于将固定座32与承载环31定位并锁紧。具体来说，紧固组件33可以包括多个螺栓，多个螺栓均穿过固定座32与承载环31螺接，以将托环34压紧于承载环31上，从而固定内工艺管24的位置。锁紧组件35包括多个定位销351及多个锁紧件352，多个定位销351均设置于固定座32上，并且沿固定座32的周向均匀排布，定位销351的顶端伸入承载环31底面内，以便于实现在安装过程中固定座32与承载环31之间的定位。定位销351的中部位置设置有螺纹，锁紧件352具体为螺母，当紧固组件33将固定座32与承载环31连接且将托环34压紧后，通过旋转锁紧件352以使定位销351的底部顶抵固定座32，而锁紧件352则顶抵承载环31，从而实现了固定座32与承载环31在紧固组件33及锁紧组件35的相互作用下进行锁紧，从而避免工艺过程中由于温度等原因导致两者松动；而且还可以防止紧固组件33对固定座32施加压力过大而导致损坏托环34。采用上述设计，不仅大幅提高本申请实施例的拆装维护效率，而且还能大幅提高结构稳定性从而降低故障率。
于本申请的一实施例中，如图1及图4所示，半导体热处理设备还包括工艺门机构4，工艺门机构4包括阻热装置41及底座42，阻热装置41为抗腐蚀材质制成，并且设置于底座42上，底座42用于与一升降装置连接以带动阻热装置41选择性与托环34密封连接；半导体热处理设备还包括有至少一条流体通道6，流体通道6形成于托环34及阻热装置41内，用于在阻热装置41与托环34密封连接时向内工艺管24内输入气体。
如图1及图4所示，工艺门机构4设置于承载机构3的底部，工艺门机构4可以在一升降装置(图中未示出)的带动下选择性与承载机构3密封连接，以用于开启或关闭工艺口22。阻热装置41具体采用石英材质或者陶瓷材质制成的圆柱形结构，阻热装置41可以设置于底座42上。底座42具体采用金属材质制成的圆形板状结构，其顶面可以用于承载阻热装置41，底面可以与半导体热处理设备的升降装置(图中未示出)连接，升降装置通过底座42带动阻热装置41上升降，以将阻热装置41顶部伸入内工艺管24内，此时阻热装置41的底部可以与托环34密封连接，阻热装置41可以用于带动承载有晶圆的晶舟7，以将晶舟7置入内工艺管24的加热区域内，阻热装置41还用于隔绝内工艺管24的加热区域的热量向底部传导。此外阻热装置41还用于在升降装置的带动将晶舟7移出内工艺管24外侧。流体通道6形成于托环34及阻热装置41内，用于当阻热装置41与托环34密封连接时向内工艺管24内导入气体。具体来说，多个流体通道6的进口可以沿托环34及阻热装置41的周向分布，用于向内工艺管24输入不同的气体，例如可以输入工艺气体或者清扫气体，但是本申请实施例并不限定流体通道6的数量及排布方式，本领域技术人员可以实际情况自行调节设置。采用上述设计，由于托环34及阻热装置41均采用抗腐蚀材质制成，而流体通道6形成于两者内，实现外工艺管2及流体通道6全面免金属的结构设计，从而使得本申请实施能够适用于腐蚀性工艺气体，例如酸性工艺气体，不仅大幅提高了本申请实施例的适用性及适用范围，而且能适用于酸性清扫气体的原位清洗，从而大幅提高了清洗效率，进而大幅缩短维护在时间提高经济效益。
于本申请的一实施例中，如图1、图4及图5所示，流体通道6包括第一流道61、第二流道62及密封缓冲组件63，第一流道61的进口及出口分别位于托环34的周壁及底面；阻热装置41包括有底板411，底板411的顶面选择性与托环34贴合密封，底板411靠近边缘部分开设有安装槽412，第二流道62的进口位于安装槽412底部，密封缓冲组件63设置于安装槽412内，用于缓冲底板411与托环34之间的压力以及密封第一流道61及第二流道62。
如图1、图4及图5所示，第一流道61具体可以形成于托环34内，第一流道61的可以由托环34的周壁沿径向延伸，之后再沿托环34的在轴向延伸至托环34的底面，即第一流道61进口位于托环34的周壁上，而第一流道61的出口则位于托环34的底面。进一步的，托环34的周壁上开设螺纹孔，采用耐腐蚀的螺纹接头64(例如采用可熔性聚四氟乙烯材质的接头)连接至气源的供气管路，接头64螺纹根部装有密封圈(图中未示出)以确保与第一流道61的进口密封连接。阻热装置41具体可以包括有底板411，底板411的顶面可以在底座42的带动下选择性与托环34密封连接。底板411的顶面上开设有安装槽412，第二流道62的进口位安装槽412的底面上，即第二流道62的进口位于安装槽412底部，密封缓冲组件63设置于该安装槽412内，当底板411与托环34接触时，密封缓冲组件63能将第一流道61的出口与第二流道62的进口密封连接，并且能缓冲托环34与底板411之间的撞击力，从而避免托环34及底板411由于撞击而产生损坏。采用上述设计，不仅使得本申请实施例结构简单，而且还能大幅降低故障率，从而大幅降低本申请实施例的应用及维护成本。
于本申请的一实施例中，如图1、图4及图5所示，密封缓冲组件63包括抗腐蚀材质的活动管631及柔性密封件632，活动管631顶部设有凸环，活动管631的底部与第二流道62的进口活动配合；柔性密封件632套设于活动管631上，并且位于凸环与安装槽412底面之间。具体来说，活动管631具体采用聚四氟乙烯材质制成管状结构，活动管631顶端具有一体成形的凸环。柔性密封件632具体可以为硅胶材质或者橡胶材质等柔性材质制成的密封圈，两个柔性密封件632依次套设于活动管631上，并且位于凸环底部。活动管631的底部能伸入第二流道62的进口内，并且与第二流道62滑动配合，此时两个柔性密封件632位于凸环及安装槽412底面之间，当底板411与托环34接触时，托环34会压紧活动管631以使得活动管631将第一流道61及第二流道62连通，并且柔性密封件632能同时起到缓冲及密封的作用。采用上述设计，使得本申请实施例的密封缓冲组件63结构简单易于实现，从而大幅降低应用及维护成本。需要说明的是，本申请实施例并不限定密封缓冲组件63的具体结构，本领域技术人员可以根据情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，如图1、图4及图5所示，工艺门机构4还包括有密封组件43，密封组件43设置于底板411的顶面，底板411通过密封组件43与托环34密封连接，并且密封组件43能在底板411上形成环形密封空间431，安装槽412位于密封空间431内。具体来说，密封组件43包括两个采用聚四氟乙烯材质或者橡胶材质等柔性材质制成的密封圈，密封组件43采用内外嵌套的方式设置于底板411上，底板411的顶面可以对应的开设有用于容置密封组件43的沟槽，密封组件43中间的间隙可以形成密封空间431，当底板411与托环34接触时密封组件43被压紧，通过对密封空间431进行抽真空以实现工艺门机构4与外工艺管2及内工艺管24的锁紧，从而进一提高外工艺管2及内工艺管24与外界的安全隔离。对于密封空间431抽真空的方式，具体可以在托环34或者底板411上开设有孔道(图中未示出)与密封空间431连通，通过负压装置(图中未示出)与该孔道相连以实现对密封空间431抽真空，但是本申请实施例并不以此为限。进一步的，安装槽412具体可以位于该密封空间431内，从而进一步提高流体通道6密封效果，避免流体通道6发生气体泄露。
于本申请的一实施例中，如图1、图4及图5所示，阻热装置41还包括有隔热筒413，隔热筒413设置于底板411的顶面上，第二流道62的出口位于隔热筒413顶部中间位置；底板411上开设有装料口414，装料口414用于向隔热筒413内填充隔热材料415；底板411内开设有抽气通道416，抽气通道416分别与密封空间431及装料口414连通，底座42能够密封装料口414，抽气通道416用于在对密封空间431抽真空时，同时对隔热筒413内抽真空。
如图1、图4及图5所示，隔热筒413可以一体形成于底板411上，隔热筒413的中部位置形成有沿轴向延伸的通道，以在隔热筒413的内部形成部分第二流道62，并且第二流道62的出口形成于隔热筒413的顶部中间位置。隔热筒413与底板411共同合围形成隔热空间，底板411上设置有与该隔热空间连通的装料口414，装料口414具体可以用于向隔热筒413内填充隔热材料415，隔热材料415具体可以采用保温棉，由于隔热材料415传热系数较小能阻隔热量的传递。装料口414处还可以设置有滤网及定位环，以用于封堵装料口414。进一步的，底板411上还开设有抽气通道416，该抽气通道416的一端与密封空间431连通，另一端与装料口414连通，由此实现了在对密封空间431抽真空的同时还可以对隔热筒413内隔热空间进行抽真空，从而防止在加热隔热筒413内的气体膨胀产生内压，从而提高了阻热装置41耐高温性能及安全性能。
于本申请的一实施例中，如图1、图2及图4所示，底座42的顶面上具有与装料口414对应设置的定位台421，定位台421用于密封装料口414，并且定位台421伸入装料口414内，用于定位底板411。具体来说，底座42上可以一体形成有定位台421，该定位台421与装料口414的位置对应设置，使得其不仅可以实现底座42与阻热装置41之间的定位作用，而且还可以实现对装料口414进行密封。具体来说，定位台421上可以套设有定位密封件422，定位密封件422具体为采用聚四氟乙烯材质或者橡胶材质等柔性材质制成的密封圈，但是本申请实施例并不以此为限。当阻热装置41的底板411与底座42贴合时，定位台421可以伸入装料口414内，而定位密封件422则压紧于装料口414的外周实现密封。采用上述设计，不仅使得本申请实施例的拆装维护较为简单，而且由于结构简单易用还能大幅降低故障率。
于本申请的一实施例中，如图1、图2及图5所示，工艺门机构4还包括压环44、缓冲垫片45及连接件46，压环44套设于底板411的边缘，并且压环44的底部与底座42的顶面贴合设置，多个连接件46均穿过压环44后与底座42连接；缓冲垫片45设置于压环44与和底板411之间。具体来说，压环44具体采用金属材质制成套筒结构，压环44套设于底板411外侧，压环44的顶部内凸缘压抵于底板411的边缘，压环44底部的外凸缘贴合于底座42的顶面，多个连接件46均穿过压环44的外凸缘后与底座42连接，并且多个连接件46沿压环44的周向均匀分布。缓冲垫片45具体采用聚四氟乙烯材质或者橡胶材质等柔性材质制成，缓冲垫片45设置于压环44与底板411之间，用于缓冲压环44与底板411之间的撞击力，从而对底板411起到保护作用。进一步的，底板411的中部可以凸伸于底座42的下方，并且底板411上可以开设有螺纹孔，热偶接头8可以通过该螺纹孔设置于底板411上，热偶接头8螺纹底部装有密封圈(图中未示出)，以保证外工艺管2及内工艺管24的真空密封。
于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，承载机构3还包括柔性垫片36，两个柔性垫片36分别设置于托环34的顶面及底面，用于保护托环34。具体来说，柔性垫片36具体采用聚四氟乙烯材质或橡胶材质等柔性材质制成，承载环31的底面通过柔性垫片36与托环34的顶面接触，并且托环34的底面通过柔性垫片36与固定座32的顶面接触。采用上述设计，可以防止托环34与承载环31及固定座32之间硬性接触，以避免托环34由于撞击而损坏，从而提高本申请实施例的安全性及延长使用寿命。
于本申请的一实施例中，如图1及图2所示，承载机构3还包括有耐热材质的缓冲垫块37，缓冲垫块37设置于散热凸台21及散热腔5之间，用于保护散热凸台21，并且缓冲垫块37的导热系数大于密封结构的导热系数，以使散热腔5对散热凸台21进行散热。具体来说，缓冲垫块37具体为石墨硬毡或碳纤维增强碳等耐高温非金属材质，缓冲垫块37具体可以为环状结构，两个缓冲垫块37分别设置散热凸台21的顶部及底部，以用于缓冲并保护散热凸台21；并且由于缓冲垫块37采用上述材质，使得缓冲垫块37的导热系数远大于密封结构的导热系数，因此还能有效提高散热效率。
如图1、图2、图4及图6所示，外工艺管2的散热凸台21通过缓冲垫块37与加热腔室1底壁内的第一冷却流道52紧密贴合进行散热，由于散热凸台21与第一冷却流道52接触面积大于第二密封件53与第二冷却流道54的散热面积，以及第二密封件53的导热系数远小于缓冲垫块37，因此散热凸台21处的热阻小于第二密封件53处的热阻，这使大部分热量向第一冷却流道52扩散，而仅有小部分热量向第二密封件53传递，这样使工艺口22处的第二密封件53能长时间保持在温度较低状态，从而有效防止第二密封件53过热损坏导致密封失效。散热凸台21的体积越大与第一冷却流道52接触的面积则越大，通过散热凸台21带走的热量比例越大，因此可以将散热凸台21的体积相较于第二密封件53的体积较大，从而进一步提高第二密封件53的密封效果及处长使用寿命。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
本申请实施例通过在外工艺管的外周壁上设置有散热凸台，并且在承载机构与加热腔室底壁之间形成散热腔，通过散热腔预先对散热凸台进行散热，可以有效避免外工艺管顶部的热量传递并聚集于工艺口处，避免承载机构与工艺口之间由于温度过高而导致的密封结构失效，从而大幅提高本申请实施例的长时间耐高温的性能，进而使得半导体热处理设备适用于长时间高温氧化等工艺，并且还能大幅降低维护时间及维护成本。
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。
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。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，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。
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 (16)

1.一种半导体热处理设备，其特征在于，包括：加热腔室、外工艺管、承载机构及密封结构；
所述加热腔室内形成有加热空间，所述加热腔室的底壁上设有与所述加热空间连通的安装口，所述安装口远离所述加热空间的一端形成有第一凹槽；所述外工艺管顶部经由所述安装口伸入所述加热空间内，所述外工艺管的底端具有工艺口，所述外工艺管底部的外周壁靠近所述工艺口处设置散热凸台；
所述承载机构通过所述密封结构分别与所述工艺口和所述加热腔室的底壁密封连接；所述承载机构的顶面上形成有第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一凹槽配合构成散热腔，所述散热凸台位于所述散热腔内，所述散热腔用于对所述散热凸台进行散热。
2.如权利要求1所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述密封结构沿所述外工艺管的轴向位于所述散热凸台和所述工艺口之间。
3.如权利要求2所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述密封结构包括第一密封件，所述第一密封件位于所述承载机构与所述加热腔室的底壁之间；
所述加热腔室的底壁内开设第一冷却流道，所述第一冷却流道位于所述第一凹槽的外周，并且位于所述第一密封件的上方，用于通入冷却介质以对所述散热腔及所述第一密封件进行冷却。
4.如权利要求3所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述密封结构还包括第二密封件，所述第二密封件位于所述承载机构的内壁与所述外工艺管的底端之间；所述承载机构内开设有第二冷却流道，所述第二冷却流道沿所述外工艺管的轴向位于所述第二密封件和所述散热凸台之间，用于通入冷却介质以对所述第二密封件进行冷却。
5.如权利要求4所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述的半导体热处理设备还包括嵌套于外工艺管内的内工艺管；
所述承载机构包括承载环及承载结构，所述承载环套设于所述外工艺管的外周，所述承载环位于所述散热凸台和所述工艺口之间，所述第二凹槽形成于所述承载环的内壁的顶面，并且所述承载环的顶面通过所述第一密封件与所述加热腔室的底壁密封连接；所述承载结构安装于所述外工艺管的底部，并且与所述承载环连接，用于承载所述内工艺管。
6.如权利要求5所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述承载环内开设有所述第二冷却流道，所述承载环内壁底部开设有周向斜面，所述第二密封件套设于所述外工艺管底端的外周，并且位于所述周向斜面处；所述承载结构包括固定座和抗腐蚀材质的托环，所述托环的顶面与所述承载环的底面贴合设置，并且所述托环的内缘能伸入所述外工艺管内以用于承载所述内工艺管；所述固定座与所述承载环连接，用于将所述托环压紧于所述承载环上，以使所述托环通过所述第二密封件与所述外工艺管密封连接。
7.如权利要求6所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述承载结构还包括紧固组件及锁紧组件，所述紧固组件穿过所述固定座后与所述承载环连接，用于将所述托环锁紧于所述承载环上；所述锁紧组件设置于所述固定座上，用于将所述固定座与所述承载环定位并锁紧。
8.如权利要求6所述的半导体热处理设备，其特征在于，半导体热处理设备还包括工艺门机构，所述工艺门机构包括阻热装置及底座，所述阻热装置为抗腐蚀材质制成，并且设置于所述底座上，所述底座用于与一升降装置连接以带动所述阻热装置选择性与所述托环密封连接；所述半导体热处理设备还包括有至少一条流体通道，所述流体通道形成于所述托环及所述阻热装置内，用于在所述阻热装置与所述托环密封连接时向所述内工艺管内输入气体。
9.如权利要求8所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述流体通道包括第一流道、第二流道及密封缓冲组件，所述第一流道的进口及出口分别位于所述托环的周壁及底面；所述阻热装置包括有底板，所述底板的顶面选择性与所述托环贴合密封，所述底板靠近边缘部分开设有安装槽，所述第二流道的进口位于安装槽底部，所述密封缓冲组件设置于所述安装槽内，用于缓冲所述底板与所述托环之间的压力以及密封所述第一流道及所述第二流道。
10.如权利要求9所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述密封缓冲组件包括抗腐蚀材质的活动管及柔性密封件，所述活动管顶部设有凸环，所述活动管的底部与所述第二流道的进口活动配合；所述柔性密封件套设于所述活动管上，并且位于所述凸环与所述安装槽底面之间。
11.如权利要求9所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述工艺门机构还包括有密封组件，所述密封组件设置于所述底板的顶面，所述底板通过所述密封组件与所述托环密封连接，并且所述密封组件能在所述底板上形成环形密封空间，所述安装槽位于所述密封空间内。
12.如权利要求11所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述阻热装置还包括有隔热筒，所述隔热筒设置于所述底板的顶面上，所述第二流道的出口位于所述隔热筒顶部中间位置；所述底板上开设有装料口，所述装料口用于向隔热筒内填充隔热材料；所述底板内开设有抽气通道，所述抽气通道分别与所述密封空间及所述装料口连通，所述底座能够密封所述装料口，所述抽气通道用于在对所述密封空间抽真空时，同时对所述隔热筒内抽真空。
13.如权利要求12所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述底座的顶面上具有与所述装料口对应设置的定位台，所述定位台用于密封所述装料口，并且所述定位台伸入所述装料口内，用于定位所述底板。
14.如权利要求11所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述工艺门机构还包括压环、缓冲垫片及连接件，所述压环套设于所述底板的边缘，并且所述压环的底部与所述底座的顶面贴合设置，多个所述连接件均穿过所述压环后与所述底座连接；所述缓冲垫片设置于所述压环和所述底板之间。
15.如权利要求6所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述承载机构还包括柔性垫片，两个所述柔性垫片分别设置于所述托环的顶面及底面，用于保护所述托环。
16.如权利要求1所述的半导体热处理设备，其特征在于，所述承载机构还包括有耐热材质的缓冲垫块，所述缓冲垫块设置于所述散热凸台及所述散热腔之间，用于保护所述散热凸台，并且所述缓冲垫块的导热系数大于所述密封结构的导热系数，以使所述散热腔对所述散热凸台进行散热。
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