CN219083781U - 一种半导体热处理设备中的管式加热炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体热处理设备中的管式加热炉，包括管式加热炉体，所述管式加热炉体包括若干组加热模块和炉体外壳组成，所述加热模块通过保温层和若干组加热丝组成，所述加热丝组包括上组加热丝、下组加热丝、左组加热丝和右组加热丝。本实用新型将管式加热炉体分为若干加热模块组成，每个模块可根据加热区的长短自由定制长度，每个温区都可以独立控制温度，保证了炉内产品整体温度的均匀性，每一个分区都能通过热电偶控制其功率，使炉内的产品处在一个均匀的热场中，从而均匀控制硅片的表面温度，将加热丝组均匀嵌合在加热模块中，降低了生产制造难度，便于大批量生产，每个加热模块都是可以单独安装更换，便于维护。

Description

一种半导体热处理设备中的管式加热炉

技术领域

本实用新型涉及加热炉技术领域，具体为一种半导体热处理设备中的管式加热炉。

背景技术

许多产品在生产制造中需要在加热炉中进行热处理工艺。例如在半导体晶圆制造，光伏电池片的镀膜、扩散、氧化，金属材料的退火等工艺。管式加热炉作为热处理设备反应室的核心元器件，为硅片在工艺腔内的各种工艺提供热量来源，诸多工艺对反应室内硅片表面的温度有严格的要求，需要尽可能保证反应腔内所有硅片表面的温度均匀。然而由于硅片在反应腔内是放置在载具上的，载具有可能是石墨或者石英材质，其热物性跟硅片有较大差异，且由于载具无法在整个反应腔内完全居中，甚至硅片放置在反应腔内的位置也是不对称的，管式加热炉提供的热量无法完全均匀传导至每一片硅片，导致反应腔内不同位置的硅片表面温度无法维持均匀。为了改善硅片表面温度的均匀性，现已经有很多改善反应腔热场的方法，例如在反应腔内增设高强度灯管或者管状加热器，增加反应腔内的热辐射与对流，来提供补偿热源。或者是在管式加热炉生产制造过程中通过改变炉丝的绕制与布局方式，改变加热炉本身热场，来维持反应腔内部硅片表面温度的均匀。

前者需要在反应腔内增加额外的机构，侵占反应腔内的空间，由于反应腔内的温度长期维持在一个较高的温度，反应腔内多属低压真空状态，发热元器件表面的对流系数较小，无法把产生的热量良好的散播出去，反应腔内增设的额外发热元器件的使用寿命偏低，增加了维护成本。

后者在管式加热炉加工制造阶段需要改变炉丝绕制与布局方式，在大批量生产过程中增加了制造难度，制造成本增加，炉丝绕制与布局方式改变无法保证批量生产加热炉的热场一致性，而且不同尺寸的反应腔均需要重新设计炉丝的绕制与布局方式，进一步增大了加工制造的成本。如果通过非对称绕丝结构来改善热场的话，则在不同的加热区会存在加热丝疏密不同的状况，由于加热丝在高温下膨胀受热，如果保温层内部加热丝膨胀不均匀的话会导致加热丝较密排布区域接触，引起加热丝熔断，从而降低加热炉的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体热处理设备中的管式加热炉，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种半导体热处理设备中的管式加热炉，包括管式加热炉体，所述管式加热炉体包括若干组加热模块和炉体外壳组成，所述加热模块通过保温层和若干组加热丝组成，所述加热丝组包括上组加热丝、下组加热丝、左组加热丝和右组加热丝，每组加热丝组中活动连接有相互嵌合的第一加热丝和第二加热丝，所述管式加热炉体的两端均安装有保温圈，所述管式加热炉体的内部放置有被加热体。

作为本实用新型的一种优选方案，所述保温层和保温圈为硬性定型结构，所述保温层和保温圈均通过硅酸铝纤维材料制成。

作为本实用新型的一种优选方案，所述保温层为台阶状凹凸结构，且保温圈与保温层靠近的一侧为阶梯状结构。

作为本实用新型的一种优选方案，所述上组加热丝、下组加热丝、左组加热丝和右组加热丝四个加热丝组沿管式加热炉体轴向方向分布，且四个加热丝组均相互独立，所述加热丝组通过电阻丝绕制成的螺旋结构组成。

作为本实用新型的一种优选方案，所述第一加热丝和第二加热丝通过耐火材料成型固定在保温层内，以确保每组加热丝之间的距离相等以及相互绝缘。

作为本实用新型的一种优选方案，所述管式加热炉体由若干个加热模块构成，可以根据热场的需要把加热模块制作成不同长度以满足工艺的需求，所述管式加热炉体中头尾两个加热模块为辅热区，中间若干个加热模块为恒温区。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型将管式加热炉体分为若干加热模块组成，每个模块可根据加热区的长短自由定制长度，每个温区都可以独立控制温度，保证了炉内产品整体温度的均匀性，每一个分区都能通过热电偶控制其功率，使炉内的产品处在一个均匀的热场中，从而均匀控制硅片的表面温度，将加热丝组均匀嵌合在加热模块中，降低了生产制造难度，便于大批量生产，每个加热模块都是可以单独安装更换，便于维护。

附图说明

图1为本实用新型一种半导体热处理设备中的管式加热炉实例一的结构示意图；

图2为本实用新型实例一中被加热体在加热模块中的示意图；

图3为本实用新型实例一中加热丝组的嵌合分布状态与被加热体的结构示意图；

图4为本实用新型的半导体热处理设备中的管式加热炉实例二的结构示意图；

图5为本实用新型实例二中被加热体在加热模块中的示意图；

图6为本实用新型实例二中加热丝组的嵌合分布状态与被加热体的结构示意图。

图中：10、管式加热炉体；20、保温层；21、保温圈；30、加热模块；31、上组加热丝；32、下组加热丝；33、左组加热丝；34、右组加热丝；311、第一加热丝；312、第二加热丝；40、被加热体；50、炉体外壳。

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。

请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：

实施例一

如图1所示，一种半导体热处理设备中的管式加热炉体10，管式加热炉体10包括保温层20，加热模块30，被加热体40，炉体外壳50组成，加热模块30由保温层20和若干组加热丝组成，此实例中加热丝组分为四组，分别是上组加热丝31、下组加热丝32、左组加热丝33和右组加热丝34，同时每组加热丝组中连接有两根相互嵌合的第一加热丝311，和第二加热丝312，整个管式加热炉体10由若干组加热模块30构成，可以根据热场的需要把加热模块30制作成不同长度以满足工艺的需求，通常在管式加热炉体10中头尾两个加热模块30为辅热区，中间若干模块为恒温区。每个加热模块30之间通过保温层20加工形成的台阶状凹凸结构连接，既可以准确定位连接，又可以避免连接处漏热。每个管式加热炉体10头尾两端各安装一个保温圈21，可以为反应腔内的石英管提供支撑，以及隔绝加热炉内外部，起到保温作用。

本实施例中，保温层20和保温圈21为软性或者硬性定型结构，保温层20采用硅酸铝纤维等材料制成，具有优良的隔热效果、优越的热稳定性、良好的抗粉化能力、低蓄热性、优良的抗压、抗折强度，低导热率、抗热震性，升温、降温迅速，抗气流冲刷，耐急冷急热等特性，保温圈21为硬性定型的硅酸铝纤维结构，通过炉体外壳50可对内部的结构进行防护。

如图2所示，若干个加热丝组均相互独立，加热模块30分为上下左右四个加热丝组，分别位于被加热体40的上下左右方位，上组加热丝31，下组加热丝32，左组加热丝33，右组加热丝34四个加热丝组沿管式加热炉体10轴向方向分布，第一加热丝311和第二加热丝312由耐火材料成型固定在保温层20内，以确保每组加热丝之间的距离相等以及相互绝缘，当被加热体40由外界进入反应腔内部时，管式加热炉体10的所有加热模块30需满负荷工作，尽快把被加热体40加热至工艺温度，当被加热体40接近设定温度时，因为被加热体40横向放置，上下方向距离加热源较远，左右方向距离加热源较近，如果不对加热丝组进行控制，被加热丝上下方向的温度偏低，左右方向的温度偏高，导致被加热体40的总体表面温度不均匀，由于本实例中每个加热模组均有两组嵌合有第一加热丝311和第二加热丝312，在需要控温或者恒温阶段时，温度偏高一侧可以只开第一加热丝311和第二加热丝312加热丝中的其中一根，或者轮流开启，因为第一加热丝311和第二加热丝312是均匀排布嵌合在保温层20内，当左组加热丝33和右组加热丝34内的两组加热丝减半开启时，加热功率可以直接减半，或者通过百分比设定功率开启，从而使整个管式加热炉体10内的被加热体40各个区域温度快速同步到达设定温度值，达到均匀加热目的。

如图3所示，第一加热丝311和第二加热丝312相互独立，均可单独供电或者控制功率，两根加热丝由湿法或者层压工艺固定在保温层20内，且均匀分布，整个被加热体40四周被加热丝均匀环绕，但是可以通过独立控制每一根加热丝的通断或者轮换通断控制达到降功率控制热量密度，使被加热体40的表面温度均匀。

实施例二

如图4-6所示，本实施例与实施例一的区别在于，实施一中四个加热丝组是沿管式加热炉体10轴向方向分布，而本实施例中四个加热丝组是沿管式加热炉体10圆周方向分布，每个加热丝组仍由两根互相独立的第一加热丝311和第二加热丝312均匀嵌合布置。

被加热体40可以竖直排列放置、倾斜排列放置或其他排列方式放置于管式加热炉中，均可以通过调节加热丝组的分布区域来对应不同放置情况的被加热体40。

本发明提供的一种半导体热处理装置的管式加热炉体10，使晶圆、硅片加工过程中适应不同放置方式的被加热体40，通过独立控制每个加热模块30中不同分区电阻丝组中的相互嵌合的第一加热丝311和第二加热丝312，从而使被加热体40表面的温度均匀。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种半导体热处理设备中的管式加热炉，包括管式加热炉体(10)，其特征在于：所述管式加热炉体(10)包括若干组加热模块(30)和炉体外壳(50)组成，所述加热模块(30)通过保温层(20)和若干组加热丝组成，所述加热丝组包括上组加热丝(31)、下组加热丝(32)、左组加热丝(33)和右组加热丝(34)，每组加热丝组中活动连接有相互嵌合的第一加热丝(311)和第二加热丝(312)，所述管式加热炉体(10)的两端均安装有保温圈(21)，所述管式加热炉体(10)的内部放置有被加热体(40)。

2.根据权利要求1所述的一种半导体热处理设备中的管式加热炉，其特征在于：所述保温层(20)和保温圈(21)为硬性定型结构，所述保温层(20)和保温圈(21)均通过硅酸铝纤维材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种半导体热处理设备中的管式加热炉，其特征在于：所述保温层(20)为台阶状凹凸结构，且保温圈(21)与保温层(20)靠近的一侧为阶梯状结构。

4.根据权利要求1所述的一种半导体热处理设备中的管式加热炉，其特征在于：所述上组加热丝(31)、下组加热丝(32)、左组加热丝(33)和右组加热丝(34)四个加热丝组沿管式加热炉体(10)轴向方向分布，且四个加热丝组均相互独立，所述加热丝组通过电阻丝绕制成的螺旋结构组成。

5.根据权利要求1所述的一种半导体热处理设备中的管式加热炉，其特征在于：所述第一加热丝(311)和第二加热丝(312)通过耐火材料成型固定在保温层(20)内，以确保每组加热丝之间的距离相等以及相互绝缘。

6.根据权利要求1所述的一种半导体热处理设备中的管式加热炉，其特征在于：所述管式加热炉体(10)由若干个加热模块(30)构成，可以根据热场的需要把加热模块(30)制作成不同长度以满足工艺的需求，所述管式加热炉体(10)中头尾两个加热模块(30)为辅热区，中间若干个加热模块(30)为恒温区。

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