CN117588950A - 三代半导体制备加压焙烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焙烧炉技术领域，具体公开了三代半导体制备加压焙烧炉，包括：炉体及其内部的可变承载架；所述可变承载架包括多个相互链接的承载节点，多个所述承载节点可形成三种状态并相互转化；其中，在第一种状态下，多个所述承载节点可形成左右等高的U型吊篮状态，在第二种状态下，将左右等高的U型吊篮状态转为具有高低落差的U型吊篮状态，在第三种状态下，部分相连所述承载节点形成水平状态的输送状态；可控制多个承载节点在三种状态间切换的控制器；用于检测坯体是否过度膨胀或收缩的监视器，本发明能够使坯体的各个部位均能够暴露在炉膛内，提高加热均匀性和避免气孔发生堵塞，提高坯体的焙烧质量。

Description

三代半导体制备加压焙烧炉

技术领域

本发明涉及焙烧炉的技术领域，具体为三代半导体制备加压焙烧炉。

背景技术

在半导体制造领域中，单晶硅是非常重要的材料，在直拉单晶硅热场主要用于制备单晶硅，而在直拉单晶硅热场中，等静压石墨部件包括坩埚、加热器、隔热遮蔽板、籽晶夹持器和热反射板等，而焙烧炉为等静压石墨制备中必不可少的设备，其主要是将等静压后的生坯进行焙烧，使骨料和黏结剂之间发生复杂的化学反应，黏结剂分解，释放大量挥发分，同时进行缩聚反应。

经检索，公开号为CN116892831A的中国专利公开了一种半导体大硅片制造用等静压石墨制备加压焙烧炉，其背景技术中提出的，焙烧炉在实际使用过程中，材料的放置是直接堆叠至炉内，大量的堆叠会造成加工效果降低，而为了提高加工效果减少堆叠量会造成加工效率降低，其通过上材料收集框、第一下材料收集框和第二下材料收集框同时对材料进行堆积并存放材料，避免大量材料同时堆积，但是，其在避免材料同时堆积的同时会导致材料部分外壁会与框体保持长时间的接触，导致材料的部分外壁受热不均匀，且二者之间的相贴合处会导致材料的气孔形成受阻，会影响坯体材料的物理或化学性能。

发明内容

本发明提供三代半导体制备加压焙烧炉，能够使坯体的各个部位均能够暴露在炉膛内，提高加热均匀性和避免气孔发生堵塞，提高坯体的焙烧质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

三代半导体制备加压焙烧炉，包括：

炉体及其内部的可变承载架；

所述可变承载架包括多个相互链接的承载节点，多个所述承载节点可形成三种状态并相互转化；

其中，在第一种状态下，多个所述承载节点可形成左右等高的U型吊篮状态，在第二种状态下，将左右等高的U型吊篮状态转为具有高低落差的U型吊篮状态，在第三种状态下，部分相连所述承载节点形成水平状态的输送状态；

可控制多个承载节点在三种状态间切换的控制器；

用于检测坯体是否过度膨胀或收缩的监视器。

可选的，所述可变承载架包括固定在炉体内部的恒定端，所述恒定端的两端均固定安装有装配绳索，所述装配绳索上等距固定安装有多个轴承座，所述承载节点转动安装在位于两个装配绳索之间相平齐对应的两个轴承座上，所述控制器控制装配绳索的自由端的位移来切换三种状态。

可选的，所述承载节点包括功能辊，所述功能辊的两端固定有销轴，两个所述销轴与轴承座之间形成转动连接关系，所述功能辊的表面光滑设计，所述功能辊的内部为中空设计。

可选的，所述功能辊的周向外壁开设有多个微孔，所述微孔均与功能辊的内部连通，多个所述微孔圆周阵列分布在功能辊的周向外壁上。

可选的，所述控制器包括固定安装在炉体内部的第一定滑轮，所述炉体的外壁固定安装有第二定滑轮和卷扬系统，所述装配绳索的自由端依次穿过第一定滑轮和第二定滑轮与卷扬系统的输出端固定连接，所述装配绳索与炉体和第二定滑轮之间构成定滑轮配合，所述卷扬系统输出时可驱使承载节点在三种状态之间变化。

可选的，所述控制器包括竖直滑动安装在炉体内部的承重杆，所述承重杆固定安装有两个动滑轮，两个所述装配绳索自由端分别与两个动滑轮固定连接，所述承重杆的外壁固定安装有吊杆，所述吊杆的顶端贯穿滑动出炉体的顶部，所述炉体的外壁固定安装有液压缸，所述液压缸的输出端与吊杆的顶部之间固定安装有传动梁。

可选的，所述炉体的内顶部固定安装有两个竖直向下的限位杆，两个所述动滑轮相背面的外壁均固定安装有导向块，所述导向块竖直滑动安装在限位杆的外壁。

可选的，所述监视器包括拉力传感器，所述拉力传感器的测试端和固定端分别与装配绳索的自由端和控制器的输出端固定连接。

可选的，所述监视器包括转动安装在炉体内壁上的转轴，所述转轴位于左右等高的U型吊篮状态的开口上方，所述转轴的外壁固定安装有销块，所述销块的外壁滑动套设有凸轮，所述销块的外壁与凸轮的内壁之间固定安装有多个弹性件，所述凸轮的凸出部分为测试端，当坯体上移抵触测试端时，所述凸轮会突破弹性件的限制向上位移，所述炉体的外壁安装有控制转轴转动的动力源。

可选的，所述炉体的内壁可控的转动安装有基台，所述恒定端固定安装在基台的自由端，所述基台的顶部贯穿设置有阵列分布的镂空设计，当部分相连的所述承载节点形成水平状态的输送状态时，所述基台的顶部与可与输送状态下的部分承载节点接驳。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

一、通过设计多个相互链接的承载节点，使多个承载节点能够形成左右等高的U型吊篮状态，从而能够对圆柱形的坯体进行承载，合理可靠的对坯体进行适当的支撑，避免坯体的形变。

二、伴随着坯体的焙烧，通过控制多个承载节点由第一种状态向第二种状态转化时，会使坯体在向上位移的同时发生可控的旋转，从而使坯体在第一种状态下与承载节点相接触的部分与暴露的部分发生相对转动，确保坯体的各个部位均能够暴露在炉膛内，提高加热均匀性和避免气孔发生堵塞。

三、中空设计的功能辊能够提高导热能力，且通过设计微孔，能够在焙烧过程中更进一步的减少可变承载架与坯体之间的接触面积，提高气孔生成的效率和质量。

四、通过设计监视器，能够在焙烧过程中对坯体的质量和硬度进行监测，从而使炉体内部坯体的质量或硬度在发生突变时可及时进行警示。

附图说明

图1为本发明中包含控制器实施例一的炉体外部立体结构示意图；

图2为本发明中可变承载架与控制器实施例一的装配示意图；

图3为本发明中监视器方案一的结构示意图；

图4为本发明中监视器方案二的结构示意图；

图5为本发明包含控制器实施例二的炉体外部立体结构示意图；

图6为本发明中可变承载架与控制器实施例二的装配结构示意图；

图7为本发明中功能辊的断开示意图。

图中：1、炉体；2、基台；3、装配绳索；4、轴承座；5、功能辊；6、微孔；7、第一定滑轮；8、第二定滑轮；9、拉力传感器；11、卷扬系统；12、液压缸；13、传动梁；14、吊杆；15、限位杆；16、导向块；17、承重杆；18、动滑轮；19、凸轮；20、销块；21、转轴；22、弹性件；23、恒定端；24、激光测距器。

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。

请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：三代半导体制备加压焙烧炉，包括：

炉体1及其内部的可变承载架；可变承载架包括多个相互链接的承载节点，多个承载节点可形成三种状态并相互转化；其中，在第一种状态下，多个承载节点可形成左右等高的U型吊篮状态，在第二种状态下，将左右等高的U型吊篮状态转为具有高低落差的U型吊篮状态，在第三种状态下，部分相连承载节点形成水平状态的输送状态；可控制多个承载节点在三种状态间切换的控制器；用于检测坯体是否过度膨胀或收缩的监视器。

在等静压石墨制备过程中，焙烧阶段尤其重要，尤其是首次焙烧，在这个过程中需要先将生坯体放入至焙烧区域，然后逐步的进行缓慢升温，避免炉内温差过大，同时，在焙烧过程中，沥青挥发分会被排出，气体排出和体积收缩时会在坯体中留下细微的气孔，且几乎都是开口气孔，为了提高制品的体积密度，都是通过浸渍和焙烧的循环工艺来提升坯体的质量，但是在焙烧过程中，由于框架等承载坯体的支架会有一部分面积与坯体的外壁相贴合，导致气孔在需要排出时被堵，此时气孔可能无法与炉膛内部连通，气体无法顺利排出会导致气体在坯体内部聚集，增加了坯体内部的压力，这种压力可能会导致坯体发生形变或破损开裂问题，影响坯体的焙烧质量，而在本发明中，通过设计多个相互链接的承载节点，使多个承载节点能够形成左右等高的U型吊篮状态，从而能够对圆柱形的坯体进行承载，合理可靠的对坯体进行适当的支撑，避免坯体的形变，因为在生坯体加热的过程中，坯体会发生一定程度的软化；其次，当伴随着坯体的焙烧，通过控制多个承载节点由第一种状态向第二种状态转化时，会使坯体在向上位移的同时发生可控的旋转，从而使坯体在第一种状态下与承载节点相接触的部分与暴露的部分发生相对转动，确保坯体的各个部位均能够暴露在炉膛内，提高加热均匀性和避免气孔发生堵塞。

其中，第一种状态和第二种状态均能够用作承载，二者之间的相互切换均能够使坯体发生转动，从而避免坯体的气孔始终被堵塞或干扰。

其中，在第三种状态下，当部分的承载节点为水平的输送状态时，可以更加便利的对坯体进行输入和输出，提高装载和卸载效率。

其中较为优选的实施例，可变承载架包括固定在炉体1内部的恒定端23，恒定端23的两端均固定安装有装配绳索3，装配绳索3上等距固定安装有多个轴承座4，承载节点转动安装在位于两个装配绳索3之间相平齐对应的两个轴承座4上，控制器控制装配绳索3的自由端的位移来切换三种状态，请参阅图2和图3，在本实施例中，通过装配绳索3与轴承座4的配合，能够使轴承座4能够在重力的配合下组成U型的状态，便于承载节点在第一种状态和第二种状态之间切换，其次，通过设计多个轴承座4的等距分布，能够使承载节点之间的间隙稳定，得以均匀的支撑坯体，对坯体形成一定的防护，且在两种U型状态下，坯体的外壁一般被承载节点所包围。

在可变承载架实施例的基础之上，承载节点包括功能辊5，功能辊5的两端固定有销轴，两个销轴与轴承座4之间形成转动连接关系，功能辊5的表面光滑设计，功能辊5的内部为中空设计，功能辊5的周向外壁开设有多个微孔6，微孔6均与功能辊5的内部连通，多个微孔6圆周阵列分布在功能辊5的周向外壁上，请参阅图7，在本实施例中，销轴与功能辊5一体化设计，同时利用销轴可使功能辊5与轴承座4形成装配，从而使多个功能辊5能够形成链接关系，其次，中空设计的功能辊5能够提高导热能力，再其次，通过设计微孔6，能够在焙烧过程中更进一步的减少可变承载架与坯体之间的接触面积，提高气孔生成的效率和质量。

在可变承载架实施例的基础之上，提供两种控制器的实施方案。

实施例一：

控制器包括固定安装在炉体1内部的第一定滑轮7，炉体1的外壁固定安装有第二定滑轮8和卷扬系统11，装配绳索3的自由端依次穿过第一定滑轮7和第二定滑轮8与卷扬系统11的输出端固定连接，装配绳索3与炉体1和第二定滑轮8之间构成定滑轮配合，卷扬系统11输出时可驱使承载节点在三种状态之间变化，请参阅图2和图3，在本实施例中，第一定滑轮7与第二定滑轮8作为转换拉力的方向的器件，从而使卷扬系统11能够直接在外部控制装配绳索3自由端的位移，而由于第一定滑轮7的固定位置，第一定滑轮7能够对U型吊篮状态进行保持，当承载节点处于第一种状态时，恒定端23与装配绳索3自由端上最后一个轴承座4保持水平，从而使U型吊篮左右等高，当需要改变坯体的暴露位置时，只需通过卷扬系统11对装配绳索3进行收卷，从而利用第一定滑轮7与第二定滑轮8的配合形成第二种状态，进而使坯体发生转动。

实施例二：

控制器包括竖直滑动安装在炉体1内部的承重杆17，承重杆17固定安装有两个动滑轮18，两个装配绳索3自由端分别与两个动滑轮18固定连接，承重杆17的外壁固定安装有吊杆14，吊杆14的顶端贯穿滑动出炉体1的顶部，炉体1的外壁固定安装有液压缸12，液压缸12的输出端与吊杆14的顶部之间固定安装有传动梁13，请参阅图6，与实施例一不同的是，本实施例直接利用装配绳索3自由端的上移，通过液压缸12的输入输出带动传动梁13和吊杆14进行上下位移，从而使承重杆17拉动两个动滑轮18的上下位移，进而控制两个装配绳索3自由端在竖直方向上进行运动，从而改变承载节点的状态。

在实施例二的基础之上，炉体1的内顶部固定安装有两个竖直向下的限位杆15，两个动滑轮18相背面的外壁均固定安装有导向块16，导向块16竖直滑动安装在限位杆15的外壁。

在上述方案的基础上，提供两种监视器的实施方案。

方案一：

监视器包括拉力传感器9，拉力传感器9的测试端和固定端分别与装配绳索3的自由端和控制器的输出端固定连接，本实施例通过拉力法测试坯体的质量，在焙烧过程中，骨料和黏结剂之间发生复杂的化学反应，黏结剂分解，释放大量挥发分，同时进行缩聚反应，且在低温预热阶段，生制品因受热而膨胀，在其后的升温过程中，因缩聚反应而体积收缩，如果坯体的重量发生了异常的变化，意味着坯体可能发生过度膨胀或者过度收缩了，通过在控制器与装配绳索3自由端之间装配拉力传感器9，从而能够实时的对坯体的质量进行监控，若是质量发生了异常的变化，即可进行警示，提醒工作人员坯体的质量变化不正常，可能发生过度膨胀或收缩，请参阅图3，本发明只示出了与控制器的实施例一结合测试示意图。

方案二：

监视器包括转动安装在炉体1内壁上的转轴21，转轴21位于左右等高的U型吊篮状态的开口上方，转轴21的外壁固定安装有销块20，销块20的外壁滑动套设有凸轮19，销块20的外壁与凸轮19的内壁之间固定安装有多个弹性件22，凸轮19的凸出部分为测试端，当坯体上移抵触测试端时，凸轮19会突破弹性件22的限制向上位移，炉体1的外壁安装有控制转轴21转动的动力源，本方案利用强度或硬度的检测来对坯体进行判断，在焙烧的过程中，当温度保持在二百五十度以上时，坯体的硬度会逐步的增加，只有在沥青软化阶段，坯体的硬度会相对较低，而本方案利用凸轮19的测试端进行检测，同时配合控制器的工作，使坯体能够向上发生位移，从而使坯体的表面与测试端发生抵触，同时逐步增大装配绳索3自由端的压力，判断凸轮19是否会突破弹性件22的限位向上位移，若能发生上移能够大致确定坯体的硬度正常，其中本方案还设计有激光测距器24，激光测距器24的输出端能够计量出凸轮19顶部与其之间的距离，从而能够在检测时进行实时的监视，其中，凸轮19的转动可以避免对坯体的进出料进行干涉。

其中较为优选的实施例，炉体1的内壁可控的转动安装有基台2，恒定端23固定安装在基台2的自由端，基台2的顶部贯穿设置有阵列分布的镂空设计，当部分相连的承载节点形成水平状态的输送状态时，基台2的顶部可与输送状态下的部分承载节点接驳，当部分承载节点形成水平状态时，此时承载节点组成的输送部分能够与基台2的顶部接驳，便于对坯体的装载和卸载，其次，由于基台2能够可控的转动，从而能够调整基台2的斜度，可辅助坯体的进出料。

利用上述等结构的配合，能够使坯体的各个部位均能够暴露在炉膛内，提高加热均匀性和避免气孔发生堵塞，提高坯体的焙烧质量。

本实施例中使用的标准零件可以从市场上直接购买，而根据说明书和附图的记载的非标准结构部件，也可以直接根据现有的技术常识毫无疑义的加工得到，同时各个零部件的连接方式采用现有技术中成熟的常规手段，而机械、零件及设备均采用现有技术中常规的型号，故在此不再作出具体叙述。

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 (7)

1.三代半导体制备加压焙烧炉，其特征在于：包括：

炉体（1）及其内部的可变承载架；

所述可变承载架包括多个相互链接的承载节点，多个所述承载节点可形成三种状态并相互转化；

其中，在第一种状态下，多个所述承载节点可形成左右等高的U型吊篮状态，在第二种状态下，将左右等高的U型吊篮状态转为具有高低落差的U型吊篮状态，在第三种状态下，部分相连所述承载节点形成水平状态的输送状态；

可控制多个承载节点在三种状态间切换的控制器；

用于检测坯体是否过度膨胀或收缩的监视器；

所述可变承载架包括固定在炉体（1）内部的恒定端（23），所述恒定端（23）的两端均固定安装有装配绳索（3），所述装配绳索（3）上等距固定安装有多个轴承座（4），所述承载节点转动安装在位于两个装配绳索（3）之间相平齐对应的两个轴承座（4）上，所述控制器控制装配绳索（3）的自由端的位移来切换三种状态；

所述承载节点包括功能辊（5），所述功能辊（5）的两端固定有销轴，两个所述销轴与轴承座（4）之间形成转动连接关系，所述功能辊（5）的表面光滑设计，所述功能辊（5）的内部为中空设计；

所述功能辊（5）的周向外壁开设有多个微孔（6），所述微孔（6）均与功能辊（5）的内部连通，多个所述微孔（6）圆周阵列分布在功能辊（5）的周向外壁上。

2.根据权利要求1所述的三代半导体制备加压焙烧炉，其特征在于：所述控制器包括固定安装在炉体（1）内部的第一定滑轮（7），所述炉体（1）的外壁固定安装有第二定滑轮（8）和卷扬系统（11），所述装配绳索（3）的自由端依次穿过第一定滑轮（7）和第二定滑轮（8）与卷扬系统（11）的输出端固定连接，所述装配绳索（3）与炉体（1）和第二定滑轮（8）之间构成定滑轮配合，所述卷扬系统（11）输出时可驱使承载节点在三种状态之间变化。

3.根据权利要求1所述的三代半导体制备加压焙烧炉，其特征在于：所述控制器包括竖直滑动安装在炉体（1）内部的承重杆（17），所述承重杆（17）固定安装有两个动滑轮（18），两个所述装配绳索（3）自由端分别与两个动滑轮（18）固定连接，所述承重杆（17）的外壁固定安装有吊杆（14），所述吊杆（14）的顶端贯穿滑动出炉体（1）的顶部，所述炉体（1）的外壁固定安装有液压缸（12），所述液压缸（12）的输出端与吊杆（14）的顶部之间固定安装有传动梁（13）。

4.根据权利要求3所述的三代半导体制备加压焙烧炉，其特征在于：所述炉体（1）的内顶部固定安装有两个竖直向下的限位杆（15），两个所述动滑轮（18）相背面的外壁均固定安装有导向块（16），所述导向块（16）竖直滑动安装在限位杆（15）的外壁。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的三代半导体制备加压焙烧炉，其特征在于：所述监视器包括拉力传感器（9），所述拉力传感器（9）的测试端和固定端分别与装配绳索（3）的自由端和控制器的输出端固定连接。

6.根据权利要求2-4中任意一项所述的三代半导体制备加压焙烧炉，其特征在于：所述监视器包括转动安装在炉体（1）内壁上的转轴（21），所述转轴（21）位于左右等高的U型吊篮状态的开口上方，所述转轴（21）的外壁固定安装有销块（20），所述销块（20）的外壁滑动套设有凸轮（19），所述销块（20）的外壁与凸轮（19）的内壁之间固定安装有多个弹性件（22），所述凸轮（19）的凸出部分为测试端，当坯体上移抵触测试端时，所述凸轮（19）会突破弹性件（22）的限制向上位移，所述炉体（1）的外壁安装有控制转轴（21）转动的动力源。

7.根据权利要求1所述的三代半导体制备加压焙烧炉，其特征在于：所述炉体（1）的内壁可控的转动安装有基台（2），所述恒定端（23）固定安装在基台（2）的自由端，所述基台（2）的顶部贯穿设置有阵列分布的镂空设计，当部分相连的所述承载节点形成水平状态的输送状态时，所述基台（2）的顶部与可与输送状态下的部分承载节点接驳。