CN211142240U - 一种圆筒形晶体退火炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及晶体制备领域，更具体而言，涉及一种圆筒形晶体退火炉；提供一种采用多温度点监控、多加热器独立控制的圆筒形晶体退火炉，减小退火炉内温度梯度，实现对炉内温度的精准控制；包括炉身、炉盖、坩埚架、加热结构、保温结构、温控系统和用于支撑并驱动坩埚架伸出炉外的提升结构；加热结构包括若干独立控制的加热器，保温系统包括分别设置于加热炉丝内、外侧的内层保温结构和外层保温结构，温控系统包括数据处置设备和设置于退火炉内的若干温度传感器，数据处理设备根据温度传感器传回的数据控制分布在退火炉内的加热器进行加热，使得炉温各测温点温度趋于设定值。

Description

一种圆筒形晶体退火炉

技术领域

本实用新型涉及半导体晶体制备领域，更具体而言，涉及一种圆筒形晶体退火炉。

背景技术

随着科学技术的进步与发展，对晶体材料尺寸与性能参数的要求也越来越高，大晶体的生长过程中由于生长梯度的影响，晶体内部不可避免的产生内应力及空位等缺陷。对晶体进行退火，可以降低晶体生长过程导致的内应力，同时使得部分杂质在晶体内部分布均匀，减少空位等微缺陷。因此大质量晶体的退火设备与工艺对晶体性能有较大影响。

现有的晶体退火炉多采用有六面体结构的马弗炉进行退火，采用双面加热或者四面加热的对称结构进行梯度场的控制，并且现有退火炉均采用单一温度点进行温度控制，难以实现对退火炉内温度场的精准控制，因而对大质量晶体的退火效果有时不太理想。因此，有必要对现有技术进行改进。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的不足，提供一种采用多温度点监控、多加热器独立控制的圆筒形晶体退火炉，实现对退火炉内温度的精准控制。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案为：

一种圆筒形晶体退火炉，包括炉身、炉盖、坩埚架、加热结构、保温结构、温控系统和用于支撑并驱动坩埚架伸出炉外的提升结构；

所述加热结构包括圆柱形缠绕炉丝和圆盘形缠绕炉丝，圆柱形缠绕炉丝设置于炉身内侧壁，圆盘形缠绕炉丝设置于炉盖内侧和炉身底部；

所述保温结构包括均设置在炉身内侧壁、炉身底部和炉盖上的内层保温结构和外层保温结构，圆柱形缠绕炉丝和圆盘形缠绕炉丝分别位于对应的内层保温结构和外层保温结构之间，内层保温结构与外层保温结构均与对应的圆柱形缠绕炉丝和圆盘形缠绕炉丝紧密连接，外层保温结构与对应的炉身侧壁、炉身底部、炉盖内侧壁紧密连接；

所述温控系统包括数据处理设备、若干温度传感器，所述温度传感器设置于炉膛内，温度传感器通过数据传输线路与数据处理设备连接。

进一步的，所述炉身侧壁周向设置有若干个将炉身分割成若干层的环形分割板，环形分割板的环宽等于外层保温结构与圆柱形缠绕炉丝厚度之和；所述炉身底部与炉盖内壁设置有若干个环形凸起，将炉身底部及炉盖内壁分割成若干同心环形槽，环形凸起的高度等于外层保温结构与圆盘形缠绕炉丝厚度之和。

进一步的，所述圆柱形缠绕炉丝数量等同于炉身被分割的层数，若干个圆柱形缠绕炉丝与若干层炉身一一对应；圆柱形缠绕炉丝高度等同于对应炉身被分割层的高度，所述圆柱形缠绕炉丝的端部分别与对应的炉身底部及环形分割板连接；圆盘形缠绕炉丝内径及外径分别等同于炉身底部及炉盖被分割环形的内径及外径，若干个圆盘形缠绕炉丝分别一一对应设置于炉身底部及炉盖的若干个环形槽内。

进一步的，所述若干个圆柱形缠绕炉丝及若干个圆盘形缠绕炉丝之间相互独立，由温控系统分别对其进行控制。

进一步的，所述内层保温结构为厚刚玉或碳化硅，外层保温结构为保温棉或耐火砖。

进一步的，所述温度传感器数量为3-8个；所述圆柱形缠绕炉丝与圆盘形缠绕炉丝的数量之和为7-10个。

进一步的，所述提升结构为双四杆机构，第一组四杆机构包括固定杆Ⅰ，摆杆Ⅰ，连杆Ⅰ，摆杆Ⅱ，四杆头尾依次通过铰链连接；第二组四杆机构包括固定杆Ⅱ，摆杆Ⅱ，连杆Ⅱ，摆杆Ⅲ，四杆头尾依次通过铰链连接；所述固定杆Ⅰ、固定杆Ⅱ固连于炉身侧壁上，摆杆Ⅰ固连于炉盖内侧，连杆Ⅱ与坩埚架固连，在打开炉盖过程中，炉盖的转动动作驱动提升结构将坩埚架举出退火炉，以方便操作人员从坩埚架上取下退火后的晶体，进行下道工序的操作，无需伸入到炉膛内拿取晶体，操作方便，更加安全。

进一步的，所述提升结构为丝杠机构，丝杠机构包括光杠、丝杠、联轴器和电机，所述光杠一端固定在炉身底部，另一端穿过坩埚架，所述丝杠一端穿过炉身底部并通过联轴器与位于炉身底部外侧的电机输出轴相连，另一端穿过坩埚架，与坩埚架上的螺纹孔配合连接，随着电机正转或者反转，坩埚架实现上升或下降动作，提升结构将退火后的晶体举出退火炉，以方便下道工序的操作。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果为：

1、侧面圆柱形缠绕炉丝结构使得侧面加热器的排布更加均匀，有效减少了退火炉内的径向温度梯度，使得晶体退火后，径向内应力得以释放，晶体各向性能在径向上的差异减小；

2、上下两面圆盘形缠绕炉丝使得上下两面加热器的排布更加均匀，上下两面温度趋于一致，使得退火炉内纵向温度梯度较小，进而晶体退火后纵向应力得以释放，晶体各向性能在纵向的差异性减小；

3、通过多点温度监控、多加热器独立控制的排布方式，使得炉内各点温度趋于一致，退火后的晶体在晶片切割过程中良率更高。

附图说明

下面通过附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型连杆结构的示意图；

图3为本实用新型丝杠机构的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1和图2所示：本实施例提供一种圆筒形晶体退火炉，包括炉身和炉盖、加热结构、保温结构、温控系统和提升结构；

炉身11侧壁设置有环形分割板13，将炉身11分割成3层，环形分割板13环宽等于外层保温结构31与圆柱形缠绕炉丝21厚度之和，环形分割板13与炉身11形成3层环形槽，外层保温结构31分别紧贴炉内壁设置于对应环形分割板13分割形成的环形槽内，圆柱形缠绕炉丝21分别紧贴外层保温结构31设置于环形分割板13分割形成的环形槽内，圆柱形缠绕炉丝21及外层保温结构31高度与所在环形槽高度相同；

炉身11底部与炉盖12内壁设置有环形凸起14，将炉身11底部和炉盖12内壁各分割成2个环形槽，环形凸起14高度等于外层保温结构31与圆盘形缠绕炉丝22厚度之和，外层保温结构31分别紧贴炉身11底部与炉盖12内壁设置于环形凸起14与炉身11底部或炉盖12形成的环形槽内，圆盘形缠绕炉丝22及外层保温结构31的内径或外径的尺寸与所在环形槽的内径或外径尺寸相同。

内层保温结构32紧贴圆柱形缠绕炉丝21或圆盘形缠绕炉丝22设置。

外层保温结构31优选为保温棉或者耐火砖材料，内层保温结构32优选为厚刚玉或碳化硅材料使得热量分布更加均匀。

各圆柱形缠绕炉丝21及各圆盘形缠绕炉丝22之间相互独立，由温控系统分别对其进行控制。

炉膛内设置有3-8个温度传感器41，温度传感器41到最近加热炉丝的距离一致，温度传感器41与数据处理设备40通过数据传输线路42交换数据，数据处理设备40通过温度传感器41反馈的数据来控制加热系统进行加热，使得各温度传感器41所处位置温度趋于一致。

提升结构优选为双四杆机构，第一组四杆机构包括固定杆Ⅰ51，摆杆Ⅰ52，连杆Ⅰ53，摆杆Ⅱ54，四杆头尾依次通过铰链连接；第二组四杆机构包括固定杆Ⅱ55，摆杆Ⅱ54，连杆Ⅱ56，摆杆Ⅲ57，四杆头尾依次通过铰链连接；所述固定杆Ⅰ51、固定杆Ⅱ55可选为固定于炉身11侧壁上，也可直接利用炉身11侧壁的一部分长度作为固定杆Ⅰ51、固定杆Ⅱ55；摆杆Ⅰ52可选为固连于炉盖12内侧的杆，也可直接利用炉盖的一部分长度作为摆杆Ⅰ52，随着炉盖12打开，双四杆机构自动将放置于坩埚架70的晶体送出炉身11外。

如图3所示，提升结构也可选为丝杠机构，丝杠机构包括光杠63、丝杠62、联轴器64和电机61，所述光杠63一端固定在炉身11底部，另一端穿过坩埚架70，所述丝杠63一端穿过炉身11底部与位于炉身11底部外面的电机输出轴相连，另一端穿过坩埚架70，与坩埚架70上的螺纹孔配合，随着电机61正转或者反转，坩埚架70实现上升或下降动作。

上面仅对本实用新型的较佳实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种圆筒形晶体退火炉，包括炉身（11）、炉盖（12）、坩埚架（70），其特征在于：还包括加热结构（20）、保温结构（30）、温控系统和用于支撑并驱动坩埚架（70）伸出炉外的提升结构（50）；

所述加热结构（20）包括圆柱形缠绕炉丝（21）和圆盘形缠绕炉丝（22），圆柱形缠绕炉丝（21）设置于炉身（11）内侧壁，圆盘形缠绕炉丝（22）设置于炉盖（12）内侧和炉身（11）底部；

所述保温结构（30）包括均设置在炉身（11）内侧壁、炉身（11）底部和炉盖（12）上的内层保温结构（32）和外层保温结构（31），圆柱形缠绕炉丝（21）和圆盘形缠绕炉丝（22）分别位于对应的内层保温结构（32）和外层保温结构（31）之间，内层保温结构（32）与外层保温结构（31）均与对应的圆柱形缠绕炉丝（21）和圆盘形缠绕炉丝（22）紧密连接，外层保温结构（31）与对应的炉身（11）侧壁、炉身（11）底部、炉盖（12）内侧壁紧密连接；

所述温控系统包括数据处理设备（40）、若干温度传感器（41），所述温度传感器设置于炉膛内，温度传感器（41）通过数据传输线路（42）与数据处理设备（40）连接。

2.根据权利要求1所述的一种圆筒形晶体退火炉，其特征在于：所述炉身（11）侧壁周向设置有若干个将炉身（11）分割成若干层的环形分割板（13），环形分割板（13）的环宽等于外层保温结构（31）与圆柱形缠绕炉丝（21）厚度之和；所述炉身（11）底部与炉盖（12）内壁设置有若干个环形凸起（14），将炉身（11）底部及炉盖（12）内壁分割成若干同心环形槽，环形凸起（14）的高度等于外层保温结构（31）与圆盘形缠绕炉丝（22）厚度之和。

3.根据权利要求1或2所述的一种圆筒形晶体退火炉，其特征在于：所述圆柱形缠绕炉丝（21）数量等同于炉身（11）被分割的层数，若干个圆柱形缠绕炉丝（21）与若干层炉身（11）一一对应；圆柱形缠绕炉丝（21）高度等同于对应炉身（11）被分割层的高度，所述圆柱形缠绕炉丝（21）的端部分别与对应的炉身（11）底部及环形分割板（13）连接；圆盘形缠绕炉丝（22）内径及外径分别等同于炉身（11）底部及炉盖（12）被分割环形的内径及外径，若干个圆盘形缠绕炉丝（22）分别一一对应设置于炉身（11）底部及炉盖（12）的若干个环形槽内。

4.根据权利要求3所述的一种圆筒形晶体退火炉，其特征在于：所述若干个圆柱形缠绕炉丝（21）及若干个圆盘形缠绕炉丝（22）之间相互独立，由温控系统分别对其进行控制。

5.根据权利要求1所述的一种圆筒形晶体退火炉，其特征在于：所述内层保温结构（32）为厚刚玉或碳化硅，外层保温结构（31）为保温棉或耐火砖。

6.根据权利要求1所述的一种圆筒形晶体退火炉，其特征在于:所述温度传感器（41）数量为3-8个；所述圆柱形缠绕炉丝（21）与圆盘形缠绕炉丝（22）的数量之和为7-10个。

7.根据权利要求1所述的一种圆筒形晶体退火炉，其特征在于:所述提升结构（50）为双四杆机构，第一组四杆机构包括固定杆Ⅰ（51），摆杆Ⅰ（52），连杆Ⅰ（53），摆杆Ⅱ（54），四杆头尾依次通过铰链连接；第二组四杆机构包括固定杆Ⅱ（55），摆杆Ⅱ（54），连杆Ⅱ（56），摆杆Ⅲ（57），四杆头尾依次通过铰链连接；所述固定杆Ⅰ（51）、固定杆Ⅱ（55）固连于炉身（11）侧壁上，摆杆Ⅰ（52）固连于炉盖（12）内侧，连杆Ⅱ（56）与坩埚架（70）固连。

8.根据权利要求1所述的一种圆筒形晶体退火炉，其特征在于：所述提升结构（50）为丝杠机构，丝杠机构包括光杠（63）、丝杠（62）、联轴器（64）和电机（61），所述光杠（63）一端固定在炉身（11）底部，另一端穿过坩埚架（70），所述丝杠（62）一端穿过炉身（11）底部并通过联轴器（64）与位于炉身（11）底部外侧的电机输出轴相连，另一端穿过坩埚架（70），与坩埚架（70）上的螺纹孔配合连接，随着电机（61）正转或者反转，坩埚架（70）实现上升或下降动作。

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