CN114737168A - 一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，包括化学气相沉积炉和PLC控制柜，所述化学气相沉积炉内设有钢笼和马弗筒，马弗筒位于钢笼内，所述钢笼的内壁上设有保温毡，所述保温毡与马弗筒之间设有加热板，所述马弗筒的上端连接有排气管，所述排气管与尾气处理系统连接，马弗筒的底部密封连接有配气机构，所述配气机构与供气系统连接，所述供气系统和尾气处理系统均与PLC控制柜电连接。扩大了设备内沉积室的空间，实现了大尺寸石墨产品的涂层沉积，增加了产品生产的尺寸与类型，扩大了市场应用与产品质量；通过马弗筒使沉积室内部封闭，实现与炉内设备的隔离，从而提高了反应温度以及保护了炉内设备的使用安全。
Description
技术领域
本发明涉及化学气相沉积设备技术领域，具体为一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备。
背景技术
近年来石墨材料在半导体等领域的应用越来越广泛，然而目前在半导体领域的诸多制造工艺涉及高温和使用腐蚀性气体的恶劣环境，在此环境条件下石墨材料损耗加快，寿命变短，甚至功能失效，严重影响安全生产及工艺稳定。
另外，石墨材料本身黑度系数大，基体表面反射率低，作为保温材料时，吸热多，极不利于节能降耗。同时石墨材料由于孔隙大，颗粒度明显，因此半导体领域中的石墨组件都会存在气体透过率大，石墨基材颗粒的分解和散射严重等现象，而这两种因素对于半导体产品质量的影响非常大，从而导致产品合格率降低。
半导体领域对于石墨材料的纯度要求极高，元素控制指标以及灰分指标均需满足生产工艺的需求，避免产品在制造过程中受到污染。而目前的生产设备受因温度均匀性和气氛均匀性限制，设备的尺寸受限，设备内部可利用的有效空间尺寸小，没办法实现大尺寸石墨产品的涂层沉积，导致市场应用有限；而且现有CVD涂层设备一般不具备内保护功能，任由反应气体在热场内部传播，常常造成加热器件绝缘失灵，发生加热器打火等事故，造成安全隐患。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，扩大了设备内沉积室的空间，实现了大尺寸石墨产品的涂层沉积，增加了产品生产的尺寸与类型，扩大了市场应用与产品质量；通过马弗筒使沉积室内部封闭，实现与炉内设备的隔离，从而提高了反应温度以及保护了炉内设备的使用安全。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，包括化学气相沉积炉和PLC控制柜，所述化学气相沉积炉内设有钢笼和马弗筒，马弗筒位于钢笼内，所述钢笼的内壁上设有保温毡，所述保温毡与马弗筒之间设有加热板，所述马弗筒的上端连接有排气管，所述排气管与尾气处理系统连接，马弗筒的底部密封连接有配气机构，所述配气机构与供气系统连接，所述供气系统和尾气处理系统均与PLC控制柜电连接。
优选的，所述配气机构包括进气管，所述进气管包括上进气管和下进气管，所述上进气管和下进气管之间通过配气盒连接，多根上进气管的上端通过载板固定，所述马弗筒的下端与载板密封连接，所述载板的上端设有安装槽，所述安装槽内设有预热筒，所述上进气管的上端位于预热筒内，上进气管的外侧设有与载板连接的密封环，预热筒的上端设有气体扩散板，气体扩散板上均匀设有气孔，预热筒与气体扩散板组成预热腔，预热筒与安装槽的底部之间设有石墨纸环，所述石墨纸环套在上进气管的外部。
优选的，所述配气盒下端设有支撑板，支撑板与载板之间连接有支撑柱，所述配合盒的侧壁上连接有导气管，所述导气管通过导气座与上进气管连接，所述导气座与支撑板固定，支撑板与载板之间设有保温毡。
优选的，所述下进气管的上端设有气体扩散帽，所述气体扩散帽的侧壁上均匀设有出气口。
优选的，所述供气系统包括氮气瓶和甲烷瓶，所述氮气瓶上连接有第一管路，所述第一管路上依次设有第一减压阀、第一气动阀门、第二气动阀门和第一流量计，所述第一气动阀门和第二气动阀门之间的管路上连接有与化学气相沉积炉连接的第二管路，所述第二管路上设有第一压力变送器和第一气体阀门，所述甲烷瓶上连接有第三管路，所述第三管路上设有第二减压阀和第二流量计，所述第一管路和第三管路汇集通入混气罐内，所述混气罐通过第四管路与下进气管连接，第四管路上设有第二压力变送器和第二气体阀门。
优选的，所述尾气处理系统包括通过尾气管道依次连接的冷凝罐、过滤罐、泵组和风机，所述尾气管道与排气管之间连接有电动排气球阀。
优选的，所述排气管上连接有滤气筒，所述滤气筒位于钢笼的外部，滤气筒的下端设有进气孔，滤气筒的上端设有盖板，所述盖板上设有出气孔，滤气筒内设有多层滤气板，所述滤气板上设有气孔。
优选的，所述化学气相沉积炉的上端设有与PLC控制柜电连接的真空计、炉内薄膜规、热电偶和沉积室薄膜规。
优选的，所述钢笼通过拉杆与化学气相沉积炉的上端连接。
优选的，所述化学气相沉积炉的上端固定有与加热板连接的铜电极。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明经过配气机构实现了温度的提升，提高了气体利用率，确保了真空化学气相沉积炉内沉积区的气体均匀性和化学气相沉积工艺的稳定性，从而扩大了设备内沉积室的空间，实现了大尺寸石墨产品的涂层沉积，增加了产品生产的尺寸与类型，扩大了市场应用与产品质量；通过马弗筒使沉积室内部封闭，实现与炉内设备的隔离，从而防止反应气体的流动，避免了气体浪费和温度降低，从而提高了反应温度以及保护了炉内设备的使用安全。
2、本发明炉内的结构设计使得沉积炉的温度相比对现有设备进行了较大的提升，从而加快了沉积效率和速度，降低了生产时间，提高了反应气体的利用率。解决了目前想要得到较厚涂层只能依靠增加生产时间和供应过多反应气体来实现的问题，节省了成本。
3、本发明的气体配气机构的各部件之间密封良好，确保气体不会进入沉积区以外的区域，保证炉内洁净及设备安全使用；预热筒采用可拆卸结构，底部设置了石墨纸环，不仅增加预热筒与载板之间的密封性，而且提高了清理沉降物的便利性。
4、本发明的采用电子元器件对炉内与沉积室内的温度与压力进行实时监测与控制，实现了生产工艺的自动化，让产品质量得到了有效控制。
5、本发明对工艺废气进行了过滤与大风量稀释处理，炉内设置滤气筒，将由马弗筒直接排出的工艺废气进行去涂层化及过滤处理，防止真空阀门及管道被涂层或者被炭黑沉积，造成管道堵塞，阀门失效；尾部设置冷凝及过滤系统，保护泵组不被炭黑堵塞，排出部位设有大风量稀释风机，对含有易燃爆的工艺尾气进行大风量稀释，使其浓度降低到安全范围以下，保证设备运行的安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为化学气相沉积炉的内部结构示意图；
图3为过滤筒的结构示意图；
图4为配气机构的立体结构示意图；
图5为配气机构的主视图；
图6为配气机构的剖视图；
图7为气体扩散帽的结构示意图；
图8为供气系统的结构示意图；
图9为尾气处理系统的结构示意图。
图中：1-载板；101-气体扩散板；102-气孔；103-安装槽；104-预热筒；105-石墨纸环；2-支撑板；3-配气盒；301-进气管座；302-下进气管；303-气体扩散帽；304-密封圈；305-导气管；306-导气座；307-上进气管；308-密封环；309-出气口；4-支撑柱；5-PLC控制柜；6-供气系统；601-氮气瓶；602-第一管路；603-第一减压阀；604-第一气动阀门；605-第二管路；606-第一压力变送器；607-第一气体阀门；608-第二气动阀门；609-第一流量计；610-甲烷瓶；611-第二减压阀；612-第三管路；613-第二流量计；614-混气罐；615-第四管路；616-第二压力变送器；617-第二气体阀门；7-化学气相沉积炉；701-真空计；702-炉内薄膜规；703-热电偶；704-沉积室薄膜规；705-电动排气球阀；706-钢笼；707-保温毡；708-加热板；709-马弗筒；710-铜电极；711-排气管；712-拉杆；8-尾气处理系统；801-尾气管道；802-冷凝罐；803-过滤罐；804-泵组；805-风机；9-滤气筒；901-进气孔；902-滤气板；903-盖板；904-出气孔。
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。基于本发明中的实施例，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。
如图1-2所示，一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，包括化学气相沉积炉7和用于整个设备控制的PLC控制柜5，化学气相沉积炉7内设有钢笼706和马弗筒709，马弗筒709位于钢笼706内，钢笼706为立体结构，钢笼706通过拉杆712与化学气相沉积炉7的上端连接，在钢笼706的内壁上设有保温毡707，保温毡707与马弗筒709之间设有加热板708，彼此之间互不接触，化学气相沉积炉7的上端固定有与加热板708连接的铜电极710，马弗筒709的上端连接有排气管711，排气管711与尾气处理系统8连接，马弗筒709的底部密封连接有配气机构，配气机构与供气系统6连接，所述供气系统6和尾气处理系统8均与PLC控制柜5电连接。
在化学气相沉积炉7的上端设有与PLC控制柜5电连接的真空计701、炉内薄膜规702、热电偶703和沉积室薄膜规704，从而实现对炉内以及马弗筒709内部的气压、温度进行实时监测和控制。
首先，如图8所示，供气系统6包括氮气瓶601和甲烷瓶610，氮气瓶601上连接有第一管路602，第一管路602上依次设有第一减压阀603、第一气动阀门604、第二气动阀门608和第一流量计609，第一气动阀门604和第二气动阀门608之间的管路上连接有与化学气相沉积炉7连接的第二管路605，第二管路605上设有第一压力变送器606和第一气体阀门607，甲烷瓶610上连接有第三管路612，第三管路612上设有第二减压阀611和第二流量计613，第一管路602和第三管路612汇集通入混气罐614内，混气罐614通过第四管路615与下进气管302连接，第四管路615上设有第二压力变送器616和第二气体阀门617。
供气系统6通过配气机构均匀的向马弗筒709内供气，如图4-5所示，配气机构包括进气管，进气管包括上进气管307和下进气管302，上进气管307和下进气管302之间通过配气盒3连接，下进气管302为总的进气管，气体进入配气盒3以后均匀分配到多根上进气管307内，多根上进气管307的上端通过载板1固定，在载板1上设有与上进气管307连通的预热腔，气体经过预热腔预热以后再进入炉内反应。
为了形成预热腔，在载板1的上端设有安装槽103，安装槽103内设有预热筒104，上进气管307的上端位于预热筒104内，预热筒104的上端设有气体扩散板101，气体扩散板101上均匀设有气孔102，预热筒104与气体扩散板101组成预热腔。
为了方便清理沉降物，如图6所示，预热筒104直接放置在安装槽103内，能够取下，在预热筒104与安装槽103的底部之间设有石墨纸环105，提高密封性，石墨纸环105套在上进气管307的外部，取下预热筒104，更换石墨纸环105即可。
在上进气管307的外侧设有与载板1连接的密封环308，实现上进气管307和载板1之间的密封。
为了方便供气系统6与下进气管302连接，在下进气管302的下端设有进气管座301，而且在进气管座301的进气口内设有密封圈304，确保第四管路与下进气管302连接时的密封性。
配气盒3的下端设有支撑板2，支撑板2与载板1之间连接有支撑柱4，配合盒的侧壁上连接有导气管305，导气管305通过导气座306与上进气管307连接，所述导气座306与支撑板2固定，通过导气管305转向后再与上进气管307连接，从而缩小了配气盒3的尺寸，节省了成本。
为了进一步提高气体的均匀性，在下进气管302的上端设有气体扩散帽303，如图7所示，气体扩散帽303的侧壁上均匀设有出气口309。
气体从下进气管302进入配气盒3以后，被气体扩散帽303分散降速，降速分散的工艺气体均匀的分布于配气盒3中，此时气体在配气盒3内会被初次加热升温，气体通过导气管305、上进气管307进入到预热腔内，在预热筒104内，气体会进一步被加热升温，以达到气相沉积需要的初步温度，气体经气体扩散板101均匀的进入到位于化学气相沉积炉7壳内的沉积室，进行化学气相沉积反应。
在马弗筒709反应后的尾气经过排气管711排出，在排气管711上连接有滤气筒9，滤气筒9位于钢笼的外部，如图3所示，滤气筒9的下端设有进气孔901，滤气筒9的上端设有盖板903，盖板903上设有出气孔904，滤气筒9内设有多层滤气板902，滤气板902上设有气孔，通过滤气筒9对尾气进行降温与沉降，将由马弗筒709直接排出的工艺废气进行去涂层化及过滤处理，防止真空阀门及管道被涂层或者被炭黑沉积，造成管道堵塞，阀门失效。
如图9所示，尾气处理系统8包括通过尾气管道801依次连接的冷凝罐802、过滤罐803、泵组804和风机805，所述尾气管道801与排气管711之间连接有电动排气球阀705。通过设置冷凝及过滤系统，保护泵组不被炭黑堵塞，排出部位设有大风量稀释风机，对含有易燃爆的工艺尾气进行大风量稀释，使其浓度降低到安全范围以下，保证设备运行的安全性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，包括化学气相沉积炉和PLC控制柜，其特征在于：所述化学气相沉积炉内设有钢笼和马弗筒，马弗筒位于钢笼内，所述钢笼的内壁上设有保温毡，所述保温毡与马弗筒之间设有加热板，所述马弗筒的上端连接有排气管，所述排气管与尾气处理系统连接，马弗筒的底部密封连接有配气机构，所述配气机构与供气系统连接，所述供气系统和尾气处理系统均与PLC控制柜电连接。
2.如权利要求1所述的一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，其特征在于：所述配气机构包括进气管，所述进气管包括上进气管和下进气管，所述上进气管和下进气管之间通过配气盒连接，多根上进气管的上端通过载板固定，所述马弗筒的下端与载板密封连接，所述载板的上端设有安装槽，所述安装槽内设有预热筒，所述上进气管的上端位于预热筒内，上进气管的外侧设有与载板连接的密封环，预热筒的上端设有气体扩散板，气体扩散板上均匀设有气孔，预热筒与气体扩散板组成预热腔，预热筒与安装槽的底部之间设有石墨纸环，所述石墨纸环套在上进气管的外部。
3.如权利要求2所述的一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，其特征在于：所述配气盒下端设有支撑板，支撑板与载板之间连接有支撑柱，所述配合盒的侧壁上连接有导气管，所述导气管通过导气座与上进气管连接，所述导气座与支撑板固定，支撑板与载板之间设有保温毡。
4.如权利要求2所述的一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，其特征在于：所述下进气管的上端设有气体扩散帽，所述气体扩散帽的侧壁上均匀设有出气口。
5.如权利要求1所述的一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，其特征在于：所述供气系统包括氮气瓶和甲烷瓶，所述氮气瓶上连接有第一管路，所述第一管路上依次设有第一减压阀、第一气动阀门、第二气动阀门和第一流量计，所述第一气动阀门和第二气动阀门之间的管路上连接有与化学气相沉积炉连接的第二管路，所述第二管路上设有第一压力变送器和第一气体阀门，所述甲烷瓶上连接有第三管路，所述第三管路上设有第二减压阀和第二流量计，所述第一管路和第三管路汇集通入混气罐内，所述混气罐通过第四管路与下进气管连接，第四管路上设有第二压力变送器和第二气体阀门。
6.如权利要求1所述的一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，其特征在于：所述尾气处理系统包括通过尾气管道依次连接的冷凝罐、过滤罐、泵组和风机，所述尾气管道与排气管之间连接有电动排气球阀。
7.如权利要求1所述的一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，其特征在于：所述排气管上连接有滤气筒，所述滤气筒位于钢笼的外部，滤气筒的下端设有进气孔，滤气筒的上端设有盖板，所述盖板上设有出气孔，滤气筒内设有多层滤气板，所述滤气板上设有气孔。
8.如权利要求1所述的一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，其特征在于：所述化学气相沉积炉的上端设有与PLC控制柜电连接的真空计、炉内薄膜规、热电偶和沉积室薄膜规。
9.如权利要求1所述的一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，其特征在于：所述钢笼通过拉杆与化学气相沉积炉的上端连接。
10.如权利要求1所述的一种高纯热解炭涂层的化学气相沉积设备，其特征在于：所述化学气相沉积炉的上端固定有与加热板连接的铜电极。
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