阅读说明：本技术 一种立式炉设备 (Vertical furnace equipment ) 是由 杨慧萍 杨帅 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种立式炉设备,包括：炉体、位于炉体内的工艺管、位于工艺管中的晶舟以及设置于工艺管的底部的工艺门,还包括位于工艺管内的保温装置,保温装置包括：第一保温区,第一保温区包括多个沿工艺管轴向间隔设置的第一保温插片；第二保温区,设置与第一保温区上方,且第二保温区包括多个沿工艺管轴向间隔设置的第二保温插片；盖板,分隔第一保温区与第二保温区；环形罩,设置于盖板上方,并环绕于多个第二保温插片的外周,环形罩的顶面用于支撑晶舟；保温基座组件,位于工艺门上方且设置于第一保温区内,用于支撑多个第二保温插片,且保温基座组件与盖板固定连接。(The invention discloses a vertical furnace device, comprising: furnace body, be located the technology pipe in the furnace body, be located the wafer boat in the technology pipe and set up in the technology door of the bottom of technology pipe, still including being located the heat preservation device in the technology pipe, the heat preservation device includes: the first heat preservation area comprises a plurality of first heat preservation inserting pieces which are arranged at intervals along the axial direction of the process tube; the second heat preservation area is arranged above the first heat preservation area and comprises a plurality of second heat preservation inserting pieces which are arranged at intervals along the axial direction of the process pipe; the cover plate is used for separating the first heat preservation area from the second heat preservation area; the annular cover is arranged above the cover plate and surrounds the peripheries of the second heat-preservation inserting pieces, and the top surface of the annular cover is used for supporting the wafer boat; the heat preservation base assembly is located above the process door and arranged in the first heat preservation area and used for supporting the second heat preservation inserting pieces, and the heat preservation base assembly is fixedly connected with the cover plate.)

一种立式炉设备

技术领域

本发明涉及半导体设备领域，更具体地，涉及一种立式炉设备。

背景技术

立式炉是用于半导体硅片加工的一种工艺设备。硅片加工工艺是一种非常精密的工艺，温度是硅片加工工艺中非常重要的指标，该指标直接影响硅片膜厚的厚度和均匀性。目前高温立式炉工艺温度可达1200℃。为了保证腔室内晶圆位置的恒温，需要有效的保温结构确保晶圆工艺时的上下温度一致均匀性。另一方面，一般而言腔室底部结构中设置有密封部件，过高的温度会导致密封部件失效，破坏腔室密封环境，进而使得晶圆质量受损。

为保证立式炉热反应管内温度的稳定，并提高保温效果，在立式炉内设置了保温装置。保温装置位于炉体热反应管的下部，用于支撑石英舟，并且提供保温的功效。同时，保温装置结构通过减少热量从腔室的上部传递至底部，可同时保证腔室内晶圆位置处的工艺温度以及底部的低温。

目前的保温装置为全石英保温桶，高温下石英的保温桶插片无法直接在1200℃高温下使用，且石英材质高温下存在较大变形或其它缺陷，无法满足高温下对晶舟的可靠支撑。

因此，期待一种保温装置，具有良好的耐热及热稳定性，保证腔室的保温效果，又可以保证工艺管底部低温，使得密封件可实现有效密封，同时保温装置能够为晶舟提供可靠支撑。

发明内容

本发明的目的是提出一种立式炉设备，解决现有保温装置不耐高温，以及工艺管底部温度过高导致的密封部件失效问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种立式炉设备，包括：炉体、位于所述炉体内的工艺管、位于所述工艺管中的晶舟以及设置于所述工艺管的底部的工艺门，其特征在于，还包括位于所述工艺管内的保温装置，所述保温装置包括：

第一保温区，所述第一保温区包括多个沿所述工艺管轴向间隔设置的第一保温插片；

第二保温区，设置与所述第一保温区上方，且所述第二保温区包括多个沿所述工艺管轴向间隔设置的第二保温插片；

盖板，分隔所述第一保温区与所述第二保温区；

环形罩，设置于所述盖板上方，并环绕于多个所述第二保温插片的外周，所述环形罩的顶面用于支撑所述晶舟；

保温基座组件，位于所述所述工艺门上方且设置于所述第一保温区内，用于支撑多个所述第二保温插片，且所述保温基座组件与所述盖板固定连接。

作为优选方案，所述盖板上设有第一锁扣结构，所述环形罩上设有第二锁扣结构，所述第一锁扣结构和所述第二锁扣结构相互配合实现所述盖板与所述环形罩的连接。

作为优选方案，所述第一锁扣结构为沿所述盖板周向分布的至少两个定位凸块或至少两个定位凹槽，所述第二锁扣结构为与所述定位凸块或所述定位凹槽对应且配合设置的配合凹槽或配合凸块，所述环形罩通过旋转的方式实现与所述盖板的锁紧与解锁。

作为优选方案，所述环形罩的顶面为环形平面。

作为优选方案，所述环形罩的材质为碳化硅；和/或

多个所述第二保温插片的材质均为碳化硅，或者，一部分所述第二保温插片的材质为碳化硅，另一部分所述第二保温插片的材质为石英。

作为优选方案，所述保温基座组件包括底板和设置于所述底板上方的支撑杆，所述支撑杆贯穿所述第一保温插片以固定所述第一保温插片，所述支撑杆的顶端与所述盖板固定连接。

作为优选方案，所述盖板与所述保温基座组件均由石英材料制成。

作为优选方案，所述第一保温插片和所述第二保温插片均为圆片状，所述第一保温插片的直径大于所述第二保温插片的直径。

作为优选方案，所述支撑杆为四个，且四个所述支撑杆在所述底板上均匀分布。

作为优选方案，所述晶舟与所述环形罩通过碳化硅螺钉连接。

本发明的有益效果在于：

本发明的保温装置整体分为第一保温区(位于下方)和第二保温区(位于上方)，第二保温区的外周设有耐高温的环形罩，环形罩覆盖至炉体温区的最底部，保证腔室高温部分均在环形罩的范围内，第二保温区上半部分的温度和工艺温度几乎一致，以保证工艺区温度的均匀性，第二保温区实现了从工艺区温度至第一保温区所能承受的温度的过度，减少热量从腔室内传至底部，从而可降低腔室底部温度，避免密封件在高温下失效，使密封部件实现可靠密封。

进一步地，第二保温插片也选择耐高温材料，至少位于第二保温区上部接近工艺温度的高温区的第二保温插片选择耐高温材料，以实现更好的保温效果。

进一步地，环形罩的顶面为平面，且环形罩高温不会变形，可以为设置于其上方的晶舟提供平稳的支撑。

进一步地，环形罩和盖板之间通过旋转的方式实现安装与拆卸，操作简单，并能保证环形罩与盖板之间的稳固。

本发明还具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的

具体实施方式

中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明一实施例的一种立式炉设备的结构示意图。

图2示出了根据本发明一实施例的一种立式炉设备中的保温装置的结构示意图。

图3示出了根据本发明一实施例的一种立式炉设备中的保温装置的结构分解示意图。

图4示出了根据本发明一实施例的盖板的俯视图。

图5示出了根据本发明一实施例的第一保温插片的俯视图。

图6示出了根据本发明一实施例的环形罩的俯视图。

图7和图8示出了根据本发明一实施例的环形罩的锁扣结构的示意图。

附图标记说明：

1炉体；2-工艺管；3-晶舟；4晶圆；5-保温装置；6-工艺门；5-1环形罩；5-2盖板；5-3第一保温插片；5-4第二保温插片；5-5保温基座组件；5-51底板；5-52支撑杆；5-6石英螺钉；7碳化硅螺钉；8-1第一L形定位凸块；8-2第二L形定位凸块；9-1第一配合凹槽；9-2第二配合凹槽；10-第一保温区；11-第二保温区。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明一实施例提供了一种立式炉设备，图1示出了根据本发明一实施例的一种立式炉设备的结构示意图。图2示出了根据本发明一实施例的保温装置的结构示意图。图3示出了根据本发明一实施例的保温装置的结构分解示意图。参考图1、图2和图3，立式炉设备包括：

炉体1、位于炉体1内的工艺管2、位于工艺管2中的晶舟3以及设置于工艺管2的底部的工艺门6，还包括位于工艺管2内的保温装置，保温装置包括：

第一保温区10，第一保温区10包括多个沿工艺管轴向间隔设置的第一保温插片5-3；

第二保温区11，设置与第一保温区10上方，且第二保温区11包括多个沿工艺管轴向间隔设置的第二保温插片5-4；

盖板5-2，分隔第一保温区10与第二保温区11；

环形罩5-1，设置于盖板5-2上方，并环绕于多个第二保温插片5-4的外周，环形罩5-1的顶面用于支撑晶舟3；

保温基座组件，位于工艺门6上方且设置于第一保温区10内，用于支撑多个第二保温插片5-4，且保温基座组件与盖板5-2固定连接。

具体地，本实施例中的立式炉设备工艺温度可以达到1200度。炉体1为加热部件，位于最外层，保温装置5的顶部用于支撑晶舟3。保温装置5通过保温基座组件放置在工艺门6上，保温装置5通过阻止腔室热量从底部流失，达到保温效果，且有效保证底部温度在密封件的可承受范围。保温基座组件5-5包括底板5-51和设置于底板5-51上方的支撑杆5-52，支撑杆5-52的顶端延伸至盖板5-2的下表面，支撑杆5-52的端部与盖板5-2连接。底板5-51的下表面固定在立式炉设备的工艺门6上，支撑杆5-52固定于底板5-51的上表面，用于支撑盖板5-2及固定第一保温插片5-3。第一保温插片5-3为多个，沿工艺管轴向间隔设置。本实施例中，支撑杆5-52为4个，沿底板5-51的边缘周向分布。在其他实施例中，支撑杆5-52的数量可以是3个、5个等沿底板的边缘周向分布，优选平均分布。当然，支撑杆5-52的数量也可以是1个，位于底板5-51的中央。支撑杆5-52的顶端延伸至盖板5-2的下表面，与盖板5-2连接。

参考图3和图4，图4示出了根据本发明一实施例的盖板的俯视图。盖板5-2为圆形板状，本实施例中，盖板5-2与支撑杆的材质均为石英，盖板5-2与支撑杆通过石英螺钉5-6连接。本实施例中，支撑杆的数量为4个，盖板上相应设有4个螺纹孔。

支撑杆一方面用于支撑盖板5-2，另一方面用于固定第一保温插片5-3。参考图2，在底板和盖板5-2之间间隔设置有多个第一保温插片5-3。参考图5，图5示出了本实施例的第一保温插片5-3的俯视图。第一保温插片5-3为圆片形状，设有与支撑杆数量相等的贯穿孔，贯穿孔用于对第一保温插片5-3的固定，贯穿孔的位置与支撑杆的位置相对应。本实施例中，贯穿孔为4个，第一保温插片5-3通过贯穿孔安装在支撑杆上。在其他实施例中，贯穿孔的数量和支撑杆的数量相对应即可。第一保温插片5-3用于控制第一保温桶的温度。第一保温插片5-3数量越多，保温效果越好，第一保温插片5-3的大小及其与工艺管之间的间隙影响保温效果及底部温区气流场的均匀性，第一保温插片5-3越大，与工艺管之间的间隙越小，保温效果越好，但间隙过小，可导致底部温区产生紊流或乱流，影响均匀性，因此需结合进气与排气综合考虑气流场及温度场决定保温桶插片的大小及与工艺管之间的间隙。另外，多个第一保温插片5-3的直径大小可以相同也可以不同，相邻两个第一保温插片5-3之间的距离可以相同也可以不同。本实施例中第一保温插片5-3的材质为石英。

参考图2和图6，图6示出了根据本发明实施例的环形罩的俯视图。盖板5-2的上方设有第二保温区11，第二保温区11包括多个间隔设置的第二保温插片5-4，第二保温插片5-4沿工艺管轴向间隔设置。盖板5-2的上方还设置有环形罩5-1，环形罩5-1环绕于第二保温插片5-4的外周。第二保温区11的上端位于工艺区中，其周围的温度几乎与工艺区的温度相同。目前高温立式炉设备工艺温度可达1200℃。因此，环形罩5-1的材质要求具有良好的耐热及热稳定性。本实施例中，环形罩5-1的材质为碳化硅。环形罩5-1的顶面用于支撑晶舟。本实施例中，环形罩5-1的顶面为环形平面，且高温不会变形，可以为晶舟提供稳定的支撑面。本实施例中，晶舟3与环形罩5-1通过碳化硅螺钉7连接。

盖板5-2上设有第一锁扣结构，环形罩5-1上设有第二锁扣结构，第一锁扣结构和第二锁扣结构相互配合实现盖板5-2与环形罩5-2的连接。本实施例中，第一锁扣结构为沿盖板5-2周向分布的至少两个定位凸块或定位凹槽，第二锁扣结构为与定位凸块或定位凹槽配合的配合凹槽或配合凸块，环形罩5-1通过旋转的方式实现与盖板5-2的锁紧与解锁。

具体地，参考图2、图7和图8，环形罩5-1与石英盖板5-2之间通过第一L型定位凸块8-1及第二L型定位凸块8-2实现圆周方向定位。第一L型定位凸块8-1及第二L型定位凸块8-2结构相同。第一L型定位凸块8-1及第二L型定位凸块8-2圆周方向均布，安装时先将环形罩5-1放置在如图6所示位置处，即第一配合凹槽9-1及第二配合凹槽9-2中，然后顺时针旋转使其与第一L型定位凸块8-1、第二L型定位凸块8-2在a、b面接触，见图8，完成圆周方向定位。拆卸时逆时针旋转使第一L型定位凸块8-1、第二L型定位凸块8-2处在第一配合凹槽9-1及第二配合凹槽9-2中。同时当环形罩5-1旋转至与第一L型定位凸块8-1及第二L型定位凸块8-2块接触后，竖直方向上环形罩5-1对第一L型定位凸块8-1及第二L型定位凸块8-2限位，此时由于第一L型定位凸块8-1及第二L型定位凸块8-2竖直方向上的阻挡环形罩5-1无法有纵向的移动，从而实现环形罩5-1防倾倒。环形罩5-1和盖板5-2之间通过旋转的方式实现安装与拆卸，操作简单，并能保证环形罩5-1与盖板5-2之间的稳固。

在其他实施例中，第一锁扣结构和第二锁扣结构还可以采用其他的形式，如通过螺钉连接，卡扣连接或螺纹连接等。

第二保温插片5-4为圆片形，其作用与第一保温插片5-3的作用相同，区别在于，第二保温插片5-4所处的区域温度较高，因此需要第二保温插片5-4的材质能够耐高温。在本实施例中，多个第二保温插片5-4的材质均为碳化硅，在另一个实施例中，一部分第二保温插片5-4的材质为碳化硅，另一部分第二保温插片5-4的材质为石英。如上部分温度较高的区域第二保温插片5-4的材质为碳化硅，下部分温度较低的区域第二保温插片5-4的材质为石英。第二保温插片5-4的直径、数量、相邻两个第二保温插片5-4之间的距离可根据具体工艺进行调整，本发明不做具体限定，第二保温插片5-4的固定方式可以参照第一保温插片5-3的固定方式，在盖板5-2上设置立柱即可。本实施例中，第一保温插片5-3的直径大于第二保温插片5-4的直径。

本实施例中，环形罩5-1覆盖至炉体温区的最底部，保证腔室高温部分均在环形罩5-1的范围内，第二保温区11上半部分的温度和工艺温度几乎一致，以保证工艺区温度的均匀性，第二保温区11实现了从工艺区温度至第一保温区10所能承受的温度的过度，减少热量从腔室内传至底部，从而可降低腔室底部温度，避免密封件在高温下失效，使密封部件实现可靠密封。进一步地，第二保温插片5-4也选择耐高温材料，至少位于第二保温桶上部接近工艺温度的高温区的第二保温插片5-4选择耐高温材料，以实现更好的保温效果。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。