CN210974870U - 一种应用于管式pecvd设备的混合加热真空电阻炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，包括炉壳、保温棉、外置环形加热体、石英管、端盖和炉门，保温棉和炉壳依次套于石英管外，且石英管两端均位于炉壳和保温棉的外侧，端盖和炉门分设于石英管的两端，石英管两端伸出部分的周面设有保温棉圈和法兰结构，外置环形加热体由电阻丝螺旋绕制而成，套于石英管外且依次由保温棉和炉壳包裹，石英管内壁的底部设有内置加热体，内置加热体包括圆弧固定框和内置电阻丝，内置电阻丝呈蛇形均匀的铺设于圆弧固定框上，圆弧固定框的外壁与石英管的内壁贴合，圆弧固定框的凹面朝向石英管的中心轴。本实用新型具有使工件承载舟加热更快、受热更均匀的优点。

Description

一种应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉

技术领域

本实用新型涉及热工设备领域，尤其涉及一种应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉。

背景技术

当电源接在导体上的时候，导体中就有电流通过，并因导体有电阻而发热。一般在电流相同的情况下，导体的电阻愈大，产生的热量就愈多，人们把利用这种热量的一种电热装置叫做电阻炉。这种炉子若加热时炉内被抽成真空，就成为真空电阻炉，一般分为外热式和内热式两种。PECVD设备的作为外热式真空电阻炉的一种，借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，以此使得原本需要在高温下才能进行的化学反应能在较低的温度下进行，在基片上沉积出所期望的薄膜。PECVD设备按结构特征通常可以分为板式PECVD设备和管式PECVD设备，其中管式PECVD设备的核心反应室为圆柱体结构，主要由电阻丝，保温棉和炉壳共同组成的外置加热装置安装在作为真空反应室的石英管外面。

现有管式PECVD设备的炉体主要由端盖5、炉壳1、保温棉2、外置环形加热体3、石英管4、炉门6、保温棉圈和法兰结构7组成，整体结构如图1和图2所示。

由图2可知，工件承载舟91径向截面为矩形，在真空反应室即石英管4中的位置是偏下，不在外置环形加热体3的正中心(工件承载舟91靠下，需要下端部分的热量高)，而环形加热体的热量是环向均匀产出的，由此带来的问题就是工件承载舟91径向截面受热不均匀，该径向截面受热不均匀主要表现为截面上部加热比界面下部慢，截面宽度方向上，中心位置加热比两侧加热慢。另外，由于采用的是外置加热装置，外置环形加热体3距离工件承载舟较远，并且与工件承载舟之间间隔有石英管4，使得工件承载舟的整体加热慢，而PECVD设备最主要的用途是在基片上沉积薄膜，通常会有多个基片被均匀的垂直放置在工件承载舟91 中。所沉积薄膜在基片上的厚度分布的均匀性是判断最终薄膜质量的重要指标之一。在相同的沉积时间内，薄膜厚度受沉积速率的影响，而沉积速率与基片的温度密切相关，基片温度高，相应沉积速率快，最后沉积的薄膜厚。工件承载舟91截面加热不均匀带来的影响就是最终沉积完的薄膜的厚度不均匀：基片与基片之间的厚度不均匀，基片内部的厚度不均匀，其中又对基片与基片之间的厚度不均匀影响最大，通常需要在工艺运行过程中延长恒温时间来弥补这一不均匀性问题。随着用户对成本和产能的要求越来越高，需要一次在工件承载舟91 中放置更多的基片，因而工件承载舟91在长度加长的同时，其径向截面的宽高比会随着真空反应室管径加大而加大，工件承载舟91径向截面加热不均匀以及整体加热慢的问题将越发严重。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种使工件承载舟整体加热更快、受热更均匀的应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，包括炉壳、保温棉、外置环形加热体、石英管、端盖和炉门，所述保温棉和炉壳依次套于石英管外，且石英管两端均位于炉壳和保温棉的外侧，所述端盖和炉门分设于石英管的两端，所述石英管两端伸出部分的周面设有保温棉圈和法兰结构，所述外置环形加热体由电阻丝螺旋绕制而成，套于石英管外且依次由保温棉和炉壳包裹，所述石英管内壁的底部设有内置加热体，所述内置加热体包括圆弧固定框和内置电阻丝，所述内置电阻丝呈蛇形均匀的铺设于圆弧固定框上，所述圆弧固定框与石英管的内壁贴合，所述圆弧固定框的凹面朝向石英管的中心轴。

作为上述技术方案的进一步改进，所述圆弧固定框上的内置电阻丝分为多段，每一段内置电阻丝呈蛇形分布均匀铺设于圆弧固定框上，各内置电阻丝并排设置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述内置电阻丝在石英管轴向上的总长度与石英管内工件承载舟的长度匹配。

作为上述技术方案的进一步改进，在垂直于石英管中心轴的截面内，所述圆弧固定框的弦线长小于工件承载舟的底面的径向宽度。

作为上述技术方案的进一步改进，所述石英管内靠近顶部设有用于温度检测的内热偶，所述内热偶通过一端端部固定在端盖上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述端盖上设有连接真空系统的接口以及与工件承载舟连接的电极。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，通过在石英管底部安装的内置加热体，由于石英管下部分距离工件承载舟近，因此，可以较快的将热量传递给工件承载舟，从而工件承载舟整体温度上升较快，工件承载舟上的基片温度高，相应沉积速率快，最后沉积的薄膜厚，新增的内置加热体继承了内热式真空电阻炉传热效率高、热惯性小的特点，因而内置加热体所要求的加热功率不需要太高，配合原有的外置环形加热体，整个应用于管式PECVD设备的真空电阻炉就可以实现下半圆加热快，上半圆加热慢的加热特性，使得靠近下半圆的工件承载舟能够快速加热，且由于工件承载舟在石英管中心以下的部分大，需要的热量多，而内置电阻丝补充了这一部分热量，进而工件承载舟整体受热更均匀。同时，内置加热体中的圆弧固定框的垂直于石英管中心轴的截面上的弦线长小于工件承载舟的底面径向宽度，由于内置加热体着重加强工件承载舟径向截面宽度方向中心位置的加热，从而减小了该宽度方向上基片与基片之间的温度差异。

附图说明

图1是现有技术中应用于管式PECVD设备真空电阻炉的结构示意图。

图2是图1的A-A视图。

图3是本实用新型的应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉结构示意图。

图4是图3的B-B视图。

图5是本实用新型中内置加热体的结构示意图。

图中各标号表示：

1、炉壳；2、保温棉；3、外置环形加热体；4、石英管；5、端盖；6、炉门；7、保温棉圈和法兰结构；8、内置加热体；81、圆弧固定框；82、内置电阻丝；91、工件承载舟；92、内热偶；93、接口；94、电极。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图3至图5所示，本实施例的应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，包括炉壳1、保温棉2、外置环形加热体3、石英管4、端盖5和炉门6，保温棉2和炉壳1依次套于石英管4外，且石英管4两端均位于炉壳1和保温棉2的外侧，端盖5和炉门6分设于石英管4的两端，石英管4两端伸出部分的周面设有保温棉圈和法兰结构7，外置环形加热体3由电阻丝螺旋绕制而成，而后依次被保温棉和炉壳包裹，共同组成外部加热装置，外置环形加热体3安装于石英管4外侧，其中外置环形加热体3与石英管4外壁之间仍存在一定的间距，外置环形加热体3套于石英管4外且依次由保温棉2和炉壳1包裹，石英管4内壁的底部设有内置加热体8，内置加热体8包括圆弧固定框81和内置电阻丝82，内置电阻丝 82呈蛇形均匀的铺设于圆弧固定框81上，圆弧固定框81与石英管4的内壁贴合，圆弧固定框81的凹面朝向石英管4的中心轴。

由于石英管4内工件承载91是靠下方设置，工件承载舟91所接受的热量主要来自于石英管4下半圆的外置环形加热体3，在位置确定的前提下，为保证加热的均匀性也希望更多热量的来自于下半圆的外置环形加热体3，而外置环形加热体3环形缠绕的方式决定了热量必定是环向均匀进入石英管4内部的，为此，本实施例通过在石英管4下半圆部分设置内置加热体8，由于石英管4下部分距离工件承载舟91近，因此，可以较快的将热量传递给工件承载舟91，工件承载舟91本身具有极好的导热性，能迅速的将吸收的热量分布至其他部位，从而工件承载舟91整体温度上升较快，工件承载舟91上的基片温度高，相应沉积速率快，最后沉积的薄膜厚效果高，且由于工件承载舟91在石英管4中心以下的部分大，需要的热量多，而内置电阻丝82补充了这一部分热量，进而工件承载舟91整体受热更均匀。新增的内置电阻丝82继承了内热式真空电阻炉传热效率高、热惯性小的特点，因而内置电阻丝82所要求的加热功率不需要太高，配合原有的外置环形加热体3，整个管式PECVD设备的真空电阻炉就可以实现下半圆加热快，上半圆加热慢的加热特性，使得靠近下半圆的工件承载舟91 能够快速加热。

本实施例中，圆弧固定框81上的内置电阻丝82分为多段，每一段内置电阻丝82呈蛇形分布均匀铺设于圆弧固定框81上，各内置电阻丝82并排设置，各段内置电阻丝82均为独立设置从而有利于独立控温。需要说明的是，内置电阻丝82分段的段数不受限制，根据工件承载舟91长度和加热需求设置。

本实施例中，内置电阻丝82在石英管4轴向上的总长度与石英管4内工件承载舟91的长度匹配，保证内置电阻丝82能对工件承载舟91整体进行加热。

本实施例中，在垂直于石英管4中心轴的截面内，圆弧固定框81的弦线长小于工件承载舟91的底面的径向宽度，即辅助加热体8在工件承载舟91的底壁上的投影位于工件承载舟91的底壁内。内置加热体3中的圆弧固定框81的垂直于石英管4中心轴的截面上的弦线长小于工件承载舟91的底面径向宽度，由于内置加热体3着重加强工件承载舟91径向截面宽度方向中心位置的加热(工件承载舟91底部中心里外置环形加热体3较远，底部两端离外置环形加热体3较近，热量差由内置加热体3弥补)，从而减小了该宽度方向上基片与基片之间的温度差异。

本实施例中，石英管4内靠近顶部设有内热偶92，内热偶92通过一端端部固定在端盖5 上，用于石英管4内温度的检测。端盖5上设有连接真空系统的接口93以及与工件承载舟 91连接的电极94。真空系统通过接口93进行对石英管4抽真空，通过电极94(正负极)对工件承载舟91进行连接，实现工件承载舟91的舟片间放电。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，包括炉壳(1)、保温棉(2)、外置环形加热体(3)、石英管(4)、端盖(5)和炉门(6)，所述保温棉(2)和炉壳(1)依次套于石英管(4)外，且石英管(4)两端均位于炉壳(1)和保温棉(2)的外侧，所述端盖(5)和炉门(6)分设于石英管(4)的两端，所述石英管(4)两端伸出部分的周面设有保温棉圈和法兰结构(7)，所述外置环形加热体(3)由电阻丝螺旋绕制而成，套于石英管(4)外且依次由保温棉(2)和炉壳(1)包裹，其特征在于：所述石英管(4)内壁的底部设有内置加热体(8)，所述内置加热体(8)包括圆弧固定框(81)和内置电阻丝(82)，所述内置电阻丝(82)呈蛇形均匀的铺设于圆弧固定框(81)上，所述圆弧固定框(81)与石英管(4)的内壁贴合，所述圆弧固定框(81)的凹面朝向石英管(4)的中心轴。

2.根据权利要求1所述的应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，其特征在于：所述圆弧固定框(81)上的内置电阻丝(82)分为多段，每一段内置电阻丝(82)呈蛇形分布均匀铺设于圆弧固定框(81)上，各内置电阻丝(82)并排设置。

3.根据权利要求1或2所述的应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，其特征在于：所述内置电阻丝(82)在石英管(4)轴向上的总长度与石英管(4)内工件承载舟(91)的长度匹配。

4.根据权利要求1或2所述的应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，其特征在于：在垂直于石英管(4)中心轴的截面内，所述圆弧固定框(81)的弦线长小于工件承载舟(91)的底面的径向宽度。

5.根据权利要求1或2所述的应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，其特征在于：所述石英管(4)内靠近顶部设有用于温度检测的内热偶(92)，所述内热偶(92)通过一端端部固定在端盖(5)上。

6.根据权利要求1或2所述的应用于管式PECVD设备的混合加热真空电阻炉，其特征在于：所述端盖(5)上设有连接真空系统的接口(93)以及与工件承载舟(91)连接的电极(94)。

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