炉体和扩散设备的制作方法

1.本实用新型涉及光伏扩散设备技术领域，尤其涉及炉体和扩散设备。


背景技术：

2.半导体的热处理工艺是其制造过程中一个非常重要的环节。常规的热处理工艺包括氧化、退火和lpcvd等。目前的半导体工艺设备能够同时对多张半导体晶圆进行分批的热处理，而每批次热处理时炉体的温度一般都会达到几百到上千度，要进行下一批次的热处理，就需要等到炉体温度降低之后才能进行，为了提高生产效率，就需要对炉体进行快速降温处理，需要利用快速降温炉体来实现。
3.相关技术中，光伏扩散设备主要通过向设备内通入冷空气实现炉体降温。具体的，在炉体内设置有贯穿炉体的气流通道，冷空气沿气流通道，由炉体的一端向炉体的另一端流动，进而使得冷空气可以与炉体进行热交换，以达到对炉体降温的目的。但是，随着冷空气与炉体发生热交换，冷空气的温度逐渐增加，进而导致炉体中靠近气流通道出口端的冷却效果相对较差，进而导致炉体在沿气流通道方向上存在较大的温差，影响产能提升。


技术实现要素：

4.本实用新型公开一种炉体和扩散设备，以解决相关技术中扩散设备炉体中各处冷却速率不均的问题。
5.为了解决上述问题，本实用新型采用下述技术方案：
6.本技术所述的炉体用于容纳工艺管，所述炉体包括壳体和保温筒，
7.壳体包覆在保温筒外周，保温筒内部为炉腔，炉腔用于容纳工艺管；
8.保温筒的筒壁内开设有多个进气通道和多个排气通道，其中：
9.进气通道与冷却气体的气源连通，进气通道内的气体可沿进气通道由炉体的一端到另一端；进气通道上设置有多个沿其导流方向分布的第一气孔，且第一气孔的两端分别与进气通道和炉腔连通，第一气孔用于向炉腔通入冷却气体；
10.排气通道内的气体可沿排气通道由炉体的一端到另一端，排气通道上设置有多个沿其导流方向分布的第二气孔，且第二气孔的两端分别与排气通道和炉腔连通，第二气孔用于将炉腔内的冷却气体排入排气通道；排气通道的排气端用于排出冷却气体；
11.进气通道与排气通道沿保温筒的周向间隔设置。
12.基于本实用新型所述的炉体，本技术还公开了一种扩散设备。该扩散设备包括工艺管和本实用新型所述的炉体。工艺管贯穿炉体设置于炉腔内。
13.本实用新型采用的技术方案能够达到以下有益效果：
14.本实用新型实施例公开的炉体开设有进气通道和排气通道，进气通道通过第一气孔与炉腔连通，排气通道通光第二气孔与炉腔连通。在对炉体进行降温的情况下，冷却气体沿进气通道从第一气孔进入炉腔。炉腔内的气体沿第二气孔进入排气通道，进而携带半导体设备内的热量排出。多个第一气孔沿进气通道的导流方向分布，使得冷却空气可以沿进
气通道到达炉体中部后并从位于炉体中部的第一气孔进入炉体中部，即冷却空气可以直接沿进气通道达到炉体中部，避免冷却气体在到达炉体中部的过程中被持续加热。因此，上述方案可以使得炉腔各处进入的冷却空气的温度更加均匀。并且，多个第二气孔沿排气通道的导流方向分布，使得炉腔内各处的被加热的冷却气体均可以从第二气孔进入排气通道，可进一步避免冷却空气沿炉腔流动的过程中被持续加热，使得炉体的各处冷却速率更均匀。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
16.图1为本实用新型一种实施例公开的炉体的剖面图；
17.图2为本实用新型一种实施例公开的半导体工艺设备的剖面图；
18.图3为本实用新型一种实施例公开的半导体工艺设备的局部放大图；
19.图4为本实用新型一种实施例公开的半导体工艺设备在第一视角的剖面图；
20.图5为本实用新型一种实施例公开的半导体工艺设备在第二视角的剖面图；
21.图6为本实用新型一种实施例公开的半导体工艺设备在第三视角的剖面图。
22.图中：100-壳体；200-保温筒；210-炉腔；220-进气通道；230-排气通道；240-第一气孔；250-第二气孔；260-第一辅助加热段；270-第二辅助加热段；280-主加热段；300-工艺管；400-加热丝；500-环形进气件；520-进气口；510-环形进气通道；600-环形排气件；610-环形排气通道；620-排气口；700-密封件。
具体实施方式
23.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
24.以下结合图1至图6，详细说明本实用新型各个实施例公开的技术方案。
25.参照图1至图6，本技术所述的炉体，包括壳体100和保温筒200。壳体100包覆在保温筒200外周，保温筒200内部为炉腔210，炉腔210用于容纳工艺管300。
26.参照图1和图4，保温筒200的筒壁内开设有多个进气通道220和多个排气通道230。其中，进气通道220与冷却气体的气源连通，进气通道220内的气体可沿进气通道220由炉体的一端到另一端，即从炉体的前开口端到炉体的后开口端。进气通道220上设置有多个沿其导流方向分布的第一气孔240，且第一气孔240的两端分别与进气通道220和炉腔210连通。示例性地，第一气孔240用于向炉腔210通入冷却气体。
27.示例性地，冷却气体的气源可以为冷却气体储气管，也可以为厂务端提供的冷却气体的供气管路，还可以为气泵。为此，本实施例不限定气源的具体种类。进一步地，冷却气体的种类有很多，例如空气、氮气、氢气等。为此，本实施例不限定冷却气体的具体种类。
28.参照图1和图4，排气通道230内的气体可沿排气通道230由炉体的一端到另一端，排气通道230上设置有多个沿其导流方向分布的第二气孔250，且第二气孔250的两端分别与排气通道230和炉腔210连通。示例性地，第二气孔250用于将炉腔210内的冷却气体排入排气通道230。排气通道230的排气端用于排出冷却气体。
29.参照图4，进气通道220与排气通道230沿保温筒200的周向间隔设置。示例性地，进气通道220和排气通道230均沿保温筒200的周向间隔设置。具体的，进气通道220和排气通道230可以是沿保温筒200的圆周方向。进一步地，相邻的两个进气通道220之间设置有一个或多个排气通道230。或者，沿保温筒200的圆周方向，相邻的两个排气通道230之间设置有一个或多个进气通道220。
30.需要说明的是，进气通道220的导流方向是指气体沿进气通道220流动的方向。同理，排气通道230的导流方向是指气体沿排气通道230流动的方向。
31.上述实施例中，进气通道220可以将冷却气体由炉体的一端输送至另一端。第一气孔240沿进气通道220的导流方向排布，使得冷却气体可以沿进气通道220流动，并通过位于进气通道220不同位置的第一气孔240进入炉腔210的不同部位。该方案可以避免冷却气体直接全部进入炉腔210内，以避免冷却气体被持续加热，也就是说冷却气体进入进气通道220后，第一气孔240能够有次第地将冷却气体输送到炉腔210内，即炉腔210各处进入的冷却气体的温度更为均匀，进而可以使炉体或炉腔210内各处的冷却速率更加一致。进一步地，第二气孔250沿排气通道230设置，使得炉腔210内不同位置的经过换热的冷却气体均可以从对应位置的第二气孔250进入排气通道230，进而使得温度升高的冷却气体可以直接沿排气通道230排除，进而避免冷却气体排出过程中被持续加热，使得炉体或炉腔210内各处的冷却速率更加均匀。
32.冷却气体在进气通道220和排气通道230流动的过程中，会与外部发生热交换，进而导致进气通道220内位于沿导流方向的两个不同位置的冷却气体的温度存在存在一定差异。上述实施例中，进气通道220和排气通道230均设置于保温筒200的筒壁内，使得保温筒200不仅可以对炉腔210进行保温，还可以对进气通道220和/或排气通道230内的冷却气体进行保温，可以减缓进气通道220和排气通道230的冷却气体与外部发生热交换的速率，进而可以进一步提高炉腔210内不同位置进入的冷却气体的温度的一致性。
33.进气通道220和排气通道230可以设置为直通道，也可以设置为弯曲通道。为此，本实施例不限定进气通道220和排气通道230的具体形状。
34.示例性地，进气通道220和排气通道230均沿保温筒200的轴向设置。该实施例，不仅可以减小进气通道220和排气通道230长度，还可以减小冷却气体在进气通道220和排气通道230内流动的阻力。因此，该方案所述的进气通道220和排气通道230有益于进气通道220和排气通道230内的冷却气体排出，缩短冷却气体在进气通道220和排气通道230内滞留时间，提高炉腔210内不同位置的温度的一致性。
35.参照图4，进气通道220和排气通道230沿均炉腔210的周向均匀分布。该实施例中，可以使炉体在自身圆周方向的冷却速率相等。示例性地，进气通道220和排气通道230的数量和通流面积相等，以确保冷却气体进入炉腔210的速率与排除炉腔210的速率相等。
36.一种可选地实施例中，第一气孔240沿进气通道220的导流方向均匀分布。第二气孔250沿排气通道230的导流方向均匀分布。该实施例可以提高保温筒200各处的冷却速率
的一致性。
37.参照图1和图2，保温筒200设置有第一辅助加热段260、第二辅助加热段270和主加热段280，第一辅助加热段260、第二辅助加热段270和主加热段280沿保温筒200的轴向设置，第一辅助加热段260和第二辅助加热段270分别位于主加热段280的两端。
38.参照图1和图2，进气通道220设置于与第一辅助加热段260和主加热段280相对应的保温筒200的筒壁内。排气通道230设置于与第二辅助加热段270和主加热段280相对应的保温筒200的筒壁内。第一气孔240和第二气孔250均设置于主加热段280。
39.上述实施例中，将第一气孔240和第二气孔250均设置与主加热段280，可以通过冷却气体加速炉体中间部分冷却，进而弥补保温筒200中间部位和两端部位散热速率的差异，使得中间部分的冷却速率与炉体两端的冷却速率相等，进而可以克服炉体各部分自身冷却速率不均的缺陷。
40.另一种可选地实施例中，第一辅助加热段260、第二辅助加热段270和主加热段280均设置有第一气孔240或第二气孔250。进一步地，位于第一辅助加热段260和第二辅助加热段270上的第一气孔240和第二气孔250的密度小于主加热段280上第一气孔240和第二气孔250的密度。或者，位于第一辅助加热段260和第二辅助加热段270上的第一气孔240和第二气孔250的孔径小于主加热段280上第一气孔240和第二气孔250的孔径。
41.上述实施例通过设置第一辅助加热段260、第二辅助加热段270和主加热段280上第一气孔240和第二气孔250的密度或孔径可以使得第一辅助加热段260和第二辅助加热段270进入的冷却气体的数量小于主加热段280进入冷却气体的数量，进而利用冷却气体进入量平衡炉腔210内各部分自身冷却速率不均的缺陷。
42.一种可选地实施例中，进气通道220贯穿第一辅助加热段260和主加热段280至第二辅助加热段270。排气通道230贯穿第二辅助加热段270和主加热段280至第一辅助加热段260。该实施例中进气通道220和排气通道230分别从炉体的两端设置。具体的，冷却气体沿进气通道220由靠近第一辅助加热段260的一端进入进气通道220。冷却气体通过与进气通道220连通的第一气孔240分别到达炉体中主加热段280的各部位。进入炉腔210内的冷却气体从主加热段280各处的第二气孔250进入排气通道230，使得冷却气体可以沿排气通道230由炉体靠近第二辅助加热段270的一端排出。该实施例可以提高炉体两端结构的对称性，进而可以避免进气通道220和排气通道230影响炉体的两端冷却速率的一致性。另一方面，还可以使改进后的半导体工艺设备能够适用于相关技中外部管路布设。
43.参照图1至图3，保温筒200包括第一辅助加热块、第二辅助加热块和主加热块。第一辅助加热块、第二辅助加热块和主加热块设置于壳体100内，进而可以利用壳体100为第一辅助加热块、第二辅助加热块和主加热块提供安装基础。示例性地，第一辅助加热块、第二辅助加热块和主加热块可以嵌设于壳体100内。进一步地，主加热块位于第一辅助加热块和第二辅助加热块之间，进气通道220开设于第一辅助加热块和主加热块。排气通道230开设于第二辅助加热块和主加热块。示例性地，主加热块的数量可以为多个，多个主加热块可以沿炉体的轴向拼接形成主加热段280。该实施例中，炉体通过多个加热块、第二辅助加热段270和主加热段280均设置有加热丝400，加热丝400设置于保温筒200的筒壁内、且远离壳体100的一侧。示例性地，保温筒200的筒壁内侧开设有容纳加热丝400的凹槽，加热丝400设置于凹槽内。示例性地，加热丝400远离壳体100的一侧与保温筒200的内侧壁齐平。
44.上述实施例可以使加热丝400更接近于炉腔210，进而便于对炉腔210内工艺管300进行加热。
45.一种可选的实施例，壳体100采用真空湿法成型工艺的硬质陶瓷纤维进行制作，确保耐材密度均匀性。可选地，保温筒200的材质为多晶莫来石纤维，以确保保温筒200具有足够的抗风蚀能力。
46.一种可选的实施例中，炉体还包括支撑层。进一步地，支撑层设置为筒状，保温筒200套设于支撑层。进一步地，第一辅助加热块、第二辅助加热块和主加热块中的支撑层均采用真空湿法成型工艺的硬质陶瓷纤维进行制作，确保耐材密度均匀性。
47.参照图4，加热丝400的数量为多个，加热丝400沿保温筒200的圆周方向设置，且每个加热丝400设置于进气通道220和排气通道230之间。该实施例中，可以增加加热丝400与进气通道220和排气通道230之间的间距，进而降低加热丝400对进气通道220和排气通道230内气体温度的影响。进一步可选地，加热丝400可以沿炉体的轴向设置。加热丝400沿炉体的轴向设置，使得加热丝400对进气通道220和排气通道230内各处气体温度影响一致，可以避免加热丝400造成炉体各处冷却空气进入温度不均衡，提升炉体各处冷却速率的一致性。
48.参照图2、图5和图6，炉体的第一端设置有环形进气通道510，环形进气通道510与每个进气通道220连通，且冷却气体可沿环形进气通道510进入进气通道220。炉体的第二端设置有环形排气通道610，环形排气通道610与每个排气通道230连通，且排气通道230内的气体均可通过环形排气通道610排出。
49.一种可选地实施例中，炉体还包括环形进气件500，环形进气通道510可以开设于环形进气件500。示例性地，环形进气件500开设有多个第三气孔，第三气孔与进气通道220一一对应，且第三气孔的两端分别与进气通道220和环形进气通道510连通。进一步地，环形进气件500还开设有进气口520，进气口520与进气通道220连通。示例性地，冷却气体从进气口520进入环形进气通道510，并从第三气孔进入每个进气通道220内。进一步可选的实施例中，进气口520的朝向与进气通道220相垂直，以避免冷却气体进入进气通道220内的速率影响各进气通道220的进气量，进而有利于提高炉腔210各处冷却气体进入量的均衡性，提高炉腔210内各处温度的一致性。
50.另一中可选的实施例中，炉体还包括环形排气件600，环形排气通道610开设于环形排气件600。示例性地，环形排气件600开设有多个第四气孔，第四气孔与排气通道230一一对应，且第四气孔的两端分别与排气通道230和环形排气通道610连通。进一步地，环形排气件600还开设有排气口620，排气口620与排气通道230连通。进一步可选的实施例中，排气口620的朝向与排气通道230相垂直。
51.上述实施中，进气口520的朝向与进气通道220相垂直，可以避免从进气口520进入的冷却气体直接冲击至某一个或某几个进气通道220内，可以有效利用环形进气通道510缓冲从进气口520进入的冷却气体的流速，避免靠近进气口520的进气通道220的进气速率大于远离进气口520的进去速率。同理，排气口620的朝向与排气通道230相垂直，可以避免靠近排气口620的排气通道230的排气速率大于远离排气口620的排气通道230的排气速率。
52.需要说明的是，进气通道220内的进气速率越大，单位时间进入的冷却气体的数量越多，进而炉体对应位置的冷却速率越快。同理，排气通道230内排气速率越大，进而带出热
量越多。因此，上述实施例有益于提升炉体各处冷却速率的一致性。
53.一种可选的实施例中，环形进气件500靠近第一辅助加热块的一侧可以设置有第一环形凹槽，以使环形进气件500与第一辅助加热块可以围合形成环形进气通道510。进一步地，环形排气件600靠近第二辅助加热块的一侧可以设置有第二环形凹槽，以使环形排气件600与第二辅助加热块可以围合形成环形排气通道610。该实施例可以降低环形进气件500和环形排气件600的加工难度。
54.当然，环形进气通道510还可以开设于第一辅助加热块。环形排气通道610还可以开设于第二辅助加热块。示例性地，环形进气通道510开设于第一辅助加热块远离主加热块的一端。环形排气通道610开设于第二辅助加热块远离主加热块的一端。
55.上述实施例可以利用环形进气通道510同时向多个进气通道220进气，确保各进气通道220内进气的均匀性，进而有益于提升炉体周向冷却速率的均匀性。同理，环形排气通道610可以使各排气通道230排气速率更为均匀，进而有益于提升炉体周向冷却速率的均匀性。
56.一种可选的实施例中，工艺管300，工艺管300沿炉腔210贯穿炉体，且工艺管300与炉体之间形成环绕工艺管300的换热腔。炉体的两端分别与工艺管300密封配合。
57.一种可选的实施例中，炉腔210的内径大于工艺管300的外径，且保温筒200的内壁与工艺管300之间形成换热腔。炉体的两端均设置有密封件700，密封件700分别与保温筒200和工艺管300密封配合。
58.示例性地，冷却气体从第一气孔240进入换热腔。进入换热腔内的冷却气体与炉体和工艺管300发生热交换，且被加热的冷却气体沿第二气孔250进入排气通道230排出，进而使得半导体工艺设备内部的热量被带出，实现半导体工艺设备冷却降温。
59.示例性地，密封件700可以设置为环形垫片。进一步地，密封件700可以为填塞于炉体两端与工艺管300之间间隙的塞拉毯。该实施例可以实现炉体与工艺管300密封配合。进一步地，炉体与工艺管300同轴设置，以确保工艺管300周向冷却速率的一致性。
60.基于本实用新型实施例所述的炉体，本实用新型还提供一种扩散设备。该扩散设备包括本技术任意一项实施例所述的炉体。进一步地，该扩散设备哈包括工艺管300，示例性地，工艺管300贯穿炉体并与炉体的两端密封配合。进一步的，炉腔210的内侧壁与工艺管300之间形成环绕炉腔210的环形换热腔，以使冷却气体可以通过进气通道220，从第一气孔240进入换热腔。换热腔为环绕工艺管300的环形空间，进而使得冷却气体可以对工艺管300的各处进行降温。进一步地，工艺管300可以与炉腔210同轴设置，以提高工艺管300各处散热速率的一致性。
61.本实用新型上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
62.以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。