CN214747206U - 可快速升降温的红外退火炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可快速升降温的红外退火炉，包括门体、上盖板、下盖板及石英腔；石英腔与上盖板之间形成低温腔，该低温腔内设有多个小功率红外灯管；石英腔与下盖板之间形成高温腔，该高温腔内设有多个大功率红外灯管。本实用新型利用高温腔、低温腔与石英腔配合，可实现红外退火炉的快速升降温。

Description

可快速升降温的红外退火炉

技术领域

本实用新型涉及红外退火炉，尤其涉及一种可快速升降温的红外退火炉。

背景技术

红外退火炉，是一种材料快速热处理装置。广泛应用于半导体制造、科研院所的材料热处理工艺中。其主要特点是，使用卤钨灯管发出短波或中波红外光，对目标材料进行快速加热。采用加热方式的退火炉，一般具有升温速度快、精度高、腔室洁净、降温速度快的特点。

随着材料技术的发展，对退火的工艺要求也越来越高。红外退火炉的技术参数中，高升温速度、高控温精度、高降温速度，成为退火炉厂家重点关注的技术参数。典型退火炉结构，如图1所示，石英腔10’与设备的门体21’和盖板22’相连，在石英腔内部，形成密封洁净环境。硅片11’位于石英腔中心，由石英托架12’托起，两者均处于石英腔内部。石英腔与上方、下方盖板之间的空隙，放置红外灯管13’，红外灯管由适应支架托起，悬空在石英腔和盖板之间。升温时，红外灯管发出红外光，透过石英玻璃腔，照射在硅片表面，对硅片直接进行加热，灯管功率越大，加热速度越快。进气孔23’的作用是在退火完成后，吹入气体对硅片进行冷却，以期让其实现快速降温。

随着半导体工艺发展，要求退火炉具有更高控温稳定性、更高升温速度、更高降温速度。但是，从加热源功率配置来看，快速升温意味着很高的热需求，需要配置大功率灯管；高控温稳定性意味着更精细的调节能力，需要配置小功率灯管，两者的矛盾性在一定程度上，限制了退火炉性能的进一步提升。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中退火炉性能不佳的缺陷，提供一种可以使退火炉的控温稳定性、升降温速度进一步改善和提升的可快速升降温的红外退火炉。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种可快速升降温的红外退火炉，包括门体、上盖板、下盖板及石英腔；

石英腔与上盖板之间形成低温腔，该低温腔内设有多个小功率红外灯管；

石英腔与下盖板之间形成高温腔，该高温腔内设有多个大功率红外灯管。

接上述技术方案，门体上设有与石英腔连通的进气孔和出气孔。

接上述技术方案，进气孔的进气角度为30-60°。

接上述技术方案，多个小功率红外灯管呈一排设置。

接上述技术方案，多个大功率红外灯管呈一排设置，边缘温度补偿灯管为单根条状温度补偿灯管，与大功率红外灯管并排设置。

接上述技术方案，边缘温度补偿灯管的横截面为圆形、方形或者多边形。

接上述技术方案，升温过程中，小功率红外灯管、大功率红外灯管同时打开，边缘温度补偿灯管关闭；保温过程中，小功率红外灯管打开，大功率红外灯管关闭，边缘温度补偿灯管打开。

接上述技术方案，上盖板上设有与低温腔连通的冷却进气孔和冷却出气孔。

接上述技术方案，下盖板上设有与高温腔连通的冷却进气孔和冷却出气孔。

接上述技术方案，该高温腔内还设有边缘温度补偿灯管。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型在石英腔之外再设置高温腔和低温腔，并在低温腔内设置低功率加热灯管，用于精确控制退火温度；在高温腔内设置高功率加热灯管，用于提升加热速度。利用高温腔、低温腔与石英腔配合，可实现红外退火炉的快速升降温。

进一步地，通过在高温腔内设置边缘温度补偿灯管，用于补偿硅片边缘散失的热量，使得硅片中心与边缘温度接近，温度均匀性提升。该温度补偿灯管与高功率灯管处于同一空间内，高功率灯管工作时，补偿灯管不工作；高功率灯管停止工作且退火炉进入保温阶段后，补偿灯管开始工作。

进一步地，为提升降温速度，选用石英腔内外同时降温的方法，一路气体吹扫灯管和石英腔外表面，一路气体同时吹扫石英腔内部。吹扫石英腔内部的气体，呈30°～60°仰角或俯角吹扫，避免直接吹扫硅片，造成硅片受损或断裂。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中退火炉的结构示意图；

图2是本实用新型实施例可快速升降温的红外退火炉的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2所示，本实用新型实施例可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，包括门体21、上盖板22、下盖板25及石英腔10。

石英腔10与上盖板22之间形成低温腔，该低温腔内设有多个小功率红外灯管42；石英腔10与下盖板25之间形成高温腔，该高温腔内设有多个大功率红外灯管43。

石英腔10内设置石英托架12，其上放置硅片11。

进一步地，还可在高温腔内设置边缘温度补偿灯管41，与大功率灯管处于同一空间内。边缘温度补偿灯管，主要作用在于补偿材料边缘与中心的温度差异，形状可以是圆形、方形、多边形等。硅片边缘因为散热效应和辐射角系数低的原因，边缘与中心点温差较大。本实用新型的边缘温度补偿灯管，主要用于补偿硅片边缘散失的热量，使得硅片中心与边缘温度接近，温度均匀性提升。这样整个退火炉的加热系统由三部分组成,上排为保温控制所使用的小功率红外灯管；下排为边缘温度补偿灯管。升温过程中，小功率灯管和大功率灯管同时工作；在接近目标温度时，大功率灯管输出减弱，小功率灯管输出加强；在保温阶段时，小功率灯管保持输出，边缘温度补偿灯管开始输出，大功率灯管停止输出。

设置的低功率加热灯管，主要用于精确控制退火温度；设置的高功率加热灯管，用于提升加热速度。在升温阶段时，高功率和低功率灯管同时开启；在接近目标温度时，高功率灯管输出减弱，低功率灯管输出加强；在保温阶段时，低功率灯管输出，高功率灯管停止输出。

本实用新型的一个实施例中，门体21上设有与石英腔10连通的进气孔 23和出气孔24。进气孔23与石英腔10相连的进气口的进气角度为30-60°。

进一步地，上盖板22上设有与低温腔连通的冷却进气孔31和冷却出气孔33。

为提升降温速度，本实用新型的降温系统中，选用石英腔内外同时降温的方法。冷却进气系统由两部分组成，一部分为石英腔内进气管路；一部分为石英腔外进气管路。一路气体通过冷却进气孔31进冷气吹扫灯管和石英腔外表面，一路气体通过进气孔23同时吹扫石英腔内部。吹扫石英腔内部的气体，进气口的进气角度呈30°～60°仰角或俯角吹扫，避免直接吹扫硅片，造成硅片受损或断裂。石英腔外进气管路，从冷却进气孔处进入，从左向右流过石英腔外表面和灯管，起到冷却散热作用，最终从右侧排出。

退火炉工作时，气体可通过进气孔进入石英腔内部，提供气氛环境，此时石英腔外进气管路不工作；退火炉停止工作，需要冷却降温时，石英腔外进气管路开始通入气体，冷却加热系统。

本实用新型的另一实施例中，多个小功率红外灯管呈一排设置。多个大功率红外灯管呈一排设置，边缘温度补偿灯管为单根条状温度补偿灯管，与大功率红外灯管并排设置。即本实用新型的升温系统由三排灯管组成，其中一排为小功率灯管，一排为大功率灯管，一排为边缘温度补偿灯管。通过特殊排列的加热灯管阵列形成加热系统，可以使退火炉的控温稳定性、升降温速度进一步改善和提升。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，包括门体、上盖板、下盖板及石英腔；

石英腔与上盖板之间形成低温腔，该低温腔内设有多个小功率红外灯管；

石英腔与下盖板之间形成高温腔，该高温腔内设有多个大功率红外灯管。

2.根据权利要求1所述的可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，门体上设有与石英腔连通的进气孔和出气孔。

3.根据权利要求2所述的可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，进气孔的进气角度为30-60°。

4.根据权利要求1所述的可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，多个小功率红外灯管呈一排设置。

5.根据权利要求1所述的可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，多个大功率红外灯管呈一排设置，边缘温度补偿灯管为单根条状温度补偿灯管，与大功率红外灯管并排设置。

6.根据权利要求5所述的可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，边缘温度补偿灯管的横截面为圆形或者多边形。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，升温过程中，小功率红外灯管、大功率红外灯管同时打开，边缘温度补偿灯管关闭；保温过程中，小功率红外灯管打开，大功率红外灯管关闭，边缘温度补偿灯管打开。

8.根据权利要求1所述的可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，上盖板上设有与低温腔连通的冷却进气孔和冷却出气孔。

9.根据权利要求1所述的可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，下盖板上设有与高温腔连通的冷却进气孔和冷却出气孔。

10.根据权利要求1所述的可快速升降温的红外退火炉，其特征在于，该高温腔内还设有边缘温度补偿灯管。

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