CN111261557A - 半导体热处理设备中的密封门和半导体热处理设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体热处理设备中的密封门和半导体热处理设备。该密封门包括门框、膜片气缸、门板、滑轨、密封圈，其中：门框安装在半导体热处理设备中一腔室的壁板上；门板通过滑轨安装在壁板上，且位于壁板和门框之间；膜片气缸安装在门框背面，位于门框和门板之间；密封圈嵌在壁板上，与门板的边缘区域对应地设置；当膜片气缸通气时，膜片气缸向门板施加压力，使门板压紧密封圈。根据本申请的密封门，具有良好的密封性，并采用气动元件来保证密封，便于自动化处理，且气动元件的操作安全性比电动元件高，此外，还具有占用空间小、结构紧凑、成本低的优势。

Description

半导体热处理设备中的密封门和半导体热处理设备

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体热处理设备中的密封门和包括该密封门的一种半导体热处理设备。

背景技术

用于处理诸如SiC(碳化硅)工艺片等物料的半导体热处理设备的炉门开启时，对环境的辐射很强，而且物料在出炉过程中需要在充满氮气等惰性气体的洁净环境中冷却，因此需要在半导体热处理腔室炉门侧设置可密封的装卸料腔室。

在将经高温热处理的物料从高温热处理腔室送入装卸料腔室前，需用惰性气体置换装卸料腔室内的空气，使开炉过程中工艺片处于惰性气体氛围；在物料在装卸料腔室中温度降到许用温度以下时，需用空气置换装卸料腔室内气体，使氧气含量达到要求方可打开腔室门取片。在这期间，需保证装卸料腔室密封以隔离装卸料腔室与外界的气流流通。此外，高温热处理腔室开炉时，对环境的热辐射非常强，热辐射泄漏可能会对作业人员造成伤害，这也需要连接装卸料腔室和外界的门结构具有非常可靠的密封性能。

发明内容

本申请的目的是提供一种可提供良好密封性的门结构，以及提供包括该门结构的半导体热处理设备。

本申请一方面提出一种半导体热处理设备中的密封门，包括门框、膜片气缸、门板、滑轨、密封圈，其中：

所述门框安装在所述半导体热处理设备中一腔室的壁板上；

所述门板通过所述滑轨安装在所述壁板上，且位于所述壁板和所述门框之间；

所述膜片气缸安装在所述门框背面，位于所述门框和所述门板之间；

所述密封圈嵌在所述壁板上，与所述门板的边缘区域对应地设置；

当所述膜片气缸通气时，所述膜片气缸向所述门板施加压力，使所述门板压紧所述密封圈。

优选地，所述密封门包括多个所述膜片气缸，多个所述膜片气缸沿所述门框均匀分布，各所述膜片气缸同步通气。

优选地，所述密封门包括两条所述滑轨，两条所述滑轨平行地布置在所述门板的上方和下方，每条所述滑轨上设置有至少两个滑块，所述密封门还包括上滑块连接板、下滑块连接板，所述门板的上部通过所述上滑块连接板与位于所述门板上方的所述滑轨的滑块连接，所述门板的下部通过所述下滑块连接板与位于所述门板下方的所述滑轨的滑块连接，所述滑块能够带动所述上滑块连接板、所述下滑块连接板和所述门板沿所述滑轨移动。

优选地，所述密封门还包括弹簧导向机构，所述门板通过所述弹簧导向机构与所述上滑块连接板及所述下滑块连接板连接，其中，所述弹簧导向机构包括弹簧档块、压缩弹簧、线性导向轴、衬套，其中：所述衬套嵌在开设在所述上滑块连接板或所述下滑块连接板上的过孔中；所述线性导向轴的一端与所述弹簧档块连接，另一端端穿过所述衬套与所述门板连接；所述压缩弹簧套设在所述线性导向轴上，卡设在所述弹簧档块和所述衬套之间。

优选地，所述密封门还包括无杆气缸和气缸连接块，其中：所述无杆气缸安装在所述壁板上，设置于所述下滑块连接板下方或所述上滑块连接板上方；所述无杆气缸的滑块通过所述气缸连接块与所述下滑块连接板或所述上滑块连接板连接，所述无杆气缸能够驱动所述气缸连接块移动，以带动所述上滑块连接板、所述下滑块连接板和所述门板沿所述滑轨移动。

优选地，所述无杆气缸上设置有速度控制阀，所述速度控制阀用于调节所述无杆气缸的滑块的移动速度。

优选地，所述密封门还包括位置开关，所述位置开关安装在所述壁板上，在所述门板通过所述滑轨移动至关门位置时，所述下滑块连接板或所述上滑块连接板触发所述位置开关，所述位置开关在被触发后发出预定信号。

优选地，所述密封门还包括止动器和缓冲器，所述止动器和缓冲器设置在所述门框上，所述止动器用于调整关门时所述门板停止的位置，所述缓冲器用于在所述门板碰触所述止动器前对所述门板进行缓冲。

优选地，所述壁板上设置有燕尾槽，所述密封圈为O型密封圈，所述密封圈嵌在所述燕尾槽中。

本申请另一方面提出一种半导体热处理设备，所述半导体热处理设备包括装卸料腔室和如上所述的密封门，所述密封门安装在所述装卸料腔室的装卸料口上。

本申请的有益效果在于：

1、根据本申请的密封门，可通过膜片气缸实现密封，具有良好的密封性能好；

2、根据本申请的密封门，采用气动元件来确保良好密封，便于自动化处理，且气动元件的操作安全性比电动元件高；

3、根据本申请的密封门采用膜片气缸实现密封，具有占用空间小、结构紧凑、成本低的优势。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1(a)、图1(b)和图1(c)显示根据本申请实施例的半导体热处理设备中的密封门的结构示意图；

图2显示根据本申请实施例的密封门从门框背面看的结构示意图；

图3显示根据本申请实施例的密封门的气路原理图。

图4(a)和图4(b)显示根据本申请实施例的密封门的密封圈及其沟槽的形状示意图。

图5(a)和图5(b)显示根据本申请实施例的半导体热处理设备的结构示意图。

附图标记说明：

1装卸料腔室，2上滑块连接板，3上支架，4线性滑轨，5门框，6门玻璃，7下滑块连接板，8下支架，9无杆气缸，10气缸滑块，11速度控制阀，12位置开关，13销钉，14止动螺栓，15缓冲器，16密封圈，17弹簧挡块，18沉头螺钉，19压缩弹簧，20线性导向轴，21无油衬套，22边框，23膜片气缸，24气缸连接块；

P1高温加热腔室，P2装卸料腔室，P3密封门，P4料架，P5进气口，P6出气口。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请。虽然附图中显示了本申请的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请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申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本申请一方面提供一种半导体热处理设备中的密封门，包括门框、膜片气缸、门板、滑轨、密封圈，其中：

门框安装在半导体热处理设备中一腔室的壁板上；

门板通过滑轨安装在该壁板上，且位于壁板和门框之间；

膜片气缸安装在门框背面，位于门框和门板之间；

密封圈嵌在壁板上，与门板的边缘区域对应地设置；

当膜片气缸通气时，膜片气缸向门板施加压力，使门板压紧密封圈。

在半导体热处理设备中，在将经高温热处理的物料从高温热处理腔室送入装卸料腔室前，需用惰性气体置换装卸料腔室内的空气，使得在开炉过程中物料处于惰性气体氛围。根据本申请的密封门可以实现良好的密封性能，从而有效隔绝装卸料腔室与外界的气体流通，保证腔室内的惰性气体氛围，并且可以隔离高温热处理腔室开炉时对外散发巨大热辐射，避免灼伤作业人员。而且，上述实施例中，采用气动元件来确保良好密封，便于自动化处理，且气动元件的操作安全性比电动元件高。本申请采用的膜片气缸还具有占用空间小、结构紧凑、成本低的优势。

在一个示例中，上述密封门包括多个膜片气缸，多个膜片气缸沿门框均匀分布，各膜片气缸同步通气。当进行密封时，同时给各个膜片气缸通气，其膜片同时顶起与门板接触以向门板的各个角同步施加压力，使得门板压紧密封圈，从而确保密封圈受力均匀，使密封更为可靠。例如，门框可以是方形，可在方形的各个角上均设置膜片气缸。

在一个示例中，密封门包括两条滑轨，两条滑轨平行地布置在门板的上方和下方，每条滑轨上设置有至少两个滑块；密封门还包括上滑块连接板、下滑块连接板，门板的上部通过上滑块连接板与位于门板上方的滑轨的滑块连接，门板的下部通过下滑块连接板与位于门板下方的滑轨的滑块连接，滑块能够带动上滑块连接板、下滑块连接板和门板沿滑轨移动。双线性滑轨使得门板移动更为稳定，以实现平稳开门/关门的目的，每条线性滑轨上的多滑块结构进一步提高了门板移动的稳定性。

在一个示例中，密封门还包括弹簧导向机构，门板通过弹簧导向机构与上滑块连接板及下滑块连接板连接，其中，弹簧导向机构包括弹簧档块、压缩弹簧、线性导向轴、衬套，其中：衬套嵌在开设在上滑块连接板或下滑块连接板上的过孔中；线性导向轴的一端与弹簧档块连接，另一端端穿过衬套与门板连接；压缩弹簧套设在线性导向轴上，卡设在弹簧档块和衬套之间。

当膜片气缸通气，膜片顶起向门板施加压力，压迫门板向壁板方向移动以压紧密封圈，带动一端与门板连接的线性导向轴向壁板方向移动，连接在线性导向轴另一端的弹簧档块随之同步向壁板方向移动。如上所述，压缩弹簧被卡在对应的弹簧档块和衬套之间，此时衬套不动，弹簧档块移动，使得弹簧进一步被压缩。

当膜片气缸断气复位时，膜片不再向门板施加压力，此时门板在压缩弹簧的作用下可以迅速复位。

在一个示例中，密封门还包括无杆气缸和气缸连接块，其中：无杆气缸安装在壁板上，设置于下滑块连接板下方或上滑块连接板上方；无杆气缸的滑块通过气缸连接块与下滑块连接板或上滑块连接板连接，无杆气缸能够驱动气缸连接块移动，以带动上滑块连接板、下滑块连接板和门板沿滑轨移动。如上所述，无杆气缸可设置于下滑块连接板下方，此时，与气缸连接块临近的滑块连接板就是下滑块连接板；无杆气缸也可设置于上滑块连接板上方，此时，与气缸连接块临近的滑块连接板就是上滑块连接板。具体如何布置，可考虑整体空间安排。

关门时，无杆气缸通气，使门板向关门位置移动；开门时，无杆气缸反向通气，使门板离开门框。采用无杆气缸驱动，使得整个滑动部分结构紧凑，非常节省占用的空间。而且，如无杆气缸的气动元件相比电动元件对操作人员更安全。

在一个示例中，无杆气缸上设置有速度控制阀，速度控制阀用于调节无杆气缸的滑块的移动速度。

在一个示例中，密封门还包括销钉，销钉的一端嵌入气缸连接块临近的滑块连接板，另一端插入气缸连接块的长圆孔内，其中，长圆孔的长度方向垂直于下线性滑轨的移动方向，宽度方向与销钉配合。气缸连接块和滑块连接板之间的这种连接方式可以避免因制造或装配误差导致气缸作用力与滑轨运动方向不平行而产生的运动阻滞。

在一个示例中，密封门还包括位置开关，位置开关安装在壁板上，在门板通过滑轨移动至关门位置时，下滑块连接板或上滑块连接板触发位置开关，位置开关在被触发后发出预定信号。控制系统可在收到该信号后，发出指令以指示给膜片气缸通气。

在一个示例中，密封门还包括止动器和缓冲器，止动器和缓冲器设置在门框上，止动器用于调整关门时门板停止的位置，缓冲器用于在门板碰触止动器前对门板进行缓冲。

在一个示例中，膜片气缸的气路设有减压阀和压力开关，减压阀用于调节气路压力，压力开关用于检测气路压力。在膜片气缸通气给门板加压时，如果压力开关检测到气路压力超过预定阈值，可通过减压阀调节气路压力，以避免气流过大导致门板大幅晃动，确保膜片气缸均匀稳定地向门板施加适当压力。在膜片气缸断气复位时，如果压力开关检测到气路压力低于设定压力，则可认为复位完成，并执行后续操作，例如无杆气缸反向运动带动门板离开门框，从而实现自动开门。

在一个示例中，壁板上设置有燕尾槽，密封圈为O型密封圈，密封圈嵌在燕尾槽中。采用燕尾槽可避免密封圈弹出。

本申请的另一方面，还提供了一种半导体热处理设备，半导体热处理设备包括装卸料腔室和如上的密封门，密封门安装在装卸料腔室的装卸料口上。

下面通过具体的优选实施例对本发明提供的技术方案进行说明。

图1(a)、图1(b)和图1(c)显示根据本申请实施例的密封门的结构示意图，其中图1(b)是沿图1(a)中A-A剖面的剖视图，其中图1(c)是沿图1(a)中B-B剖面的剖视图。根据本实施例的密封门位于装卸料腔室的壁板1上。如图所示，门框5通过上支架3和下支架8螺装固定在腔室壁板1上，门框5背面四个角处装有膜片气缸23，关门时用于压紧门板的边框22实现密封。膜片气缸23的行程为5mm，其膜片与边框22的间隙为1mm左右。膜片气缸23为单作用气缸，在通气时其膜片顶起，断气后膜片复位。门板还包括门玻璃6，门玻璃6嵌在边框22内，通过胶粘接牢固，也可通过螺装固定。

如A-A剖视图所示，边框22的上下部分别与上滑块连接板2和下滑块连接板7通过四个弹簧导向机构连接，该弹簧导向机构包括弹簧挡块17、沉头螺钉18、压缩弹簧19、线性导向轴20及无油衬套21。弹簧挡块17通过沉头螺钉18固定在线性导向轴20的端头，并将压缩弹簧19卡住。线性导向轴20穿过无油衬套21，通过螺纹连接固定在边框22上。无油衬套21分别嵌在上滑块连接板2和下滑块连接板7上，并顶住压缩弹簧19。这样，门板可以通过四个弹簧导向机构前后平稳移动，在膜片气缸23和压缩弹簧19的联合作用下，实现压紧和松开动作。

门板的上方和下方设置有两个平行的线性滑轨4，线性滑轨4用螺钉固定在腔室壁板上。每个线性滑轨4带两个滑块，一起螺装在滑块连接板2和7上。这样，门板可以通过线性滑轨4实现左右平稳移动。下滑块连接板7与气缸连接块24之间采用浮动连接，如剖视图B-B所示，下滑块连接板7下侧嵌入两个销钉13紧密配合，销钉13的另一侧插入气缸连接块24的长圆孔内。气缸连接块24长圆孔的长度方向垂直于线性滑轨4移动方向，宽度方向与销钉紧密配合，这样可以避免因制造或装配误差导致气缸作用力与滑轨运动方向不平行而产生的运动阻滞。气缸连接块24螺装在无杆气缸9的滑块上，无杆气缸9的进出口装有速度控制阀11，可以调节气缸动作速度。无杆气缸9的左侧设有位置开关12，在关门时，下滑块连接板7触碰位置开关12，位置开关12被触发，并在被触发时发出预定信号。控制系统收到该控制信号后认为门板已移动到关门位置，并控制气路系统向膜片气缸23通气，实现门板的压紧动作。

图2显示根据该实施例的密封门从门框背面看的结构示意图。膜片气缸23螺装固定于门框5的四个角。图中双点划线所示的区域为在关门位置的门板的轮廓，膜片气缸23的端面应位于该区域范围内。门框5的一侧设有止动螺栓14和缓冲器15。在关门时可通过止动螺栓14调整门板停止的位置，缓冲器15可使门板在触碰止动螺栓14前对门板进行缓冲。

图3显示根据该实施例的密封门的气路原理图。本实施例中四个膜片气缸的气路长度应大致相同，这样在通气时四个膜片气缸能同时动作。膜片气缸23的气路设有减压阀和压力开关，通过减压阀来调节气路压力，通过压力开关检测气路压力，从而保证密封圈的预压紧力，并避免门板剧烈晃动。无杆气缸9的进出口带有速度控制阀11，速度控制阀11为排气节流阀，从而使门板的动作平稳。

图4(a)和图4(b)显示根据本申请实施例的密封门的密封圈及其沟槽的形状示意图，其中图4(b)是沿图4(a)中C-C剖面的剖视图。密封圈16为O形密封圈，密封槽为燕尾槽，防止密封圈弹出。图中双点划线为门玻璃6在关门位置的轮廓线，密封圈16在双点划线的范围以内。

关门时，无杆气缸9通气，使门板(包括边框22和门玻璃6)向关门位置移动，位置开关12检测到门板到位，生成预定信号。控制系统收到该信号后给四个膜片气缸23通气，推动门板使门玻璃6压在密封圈16上。膜片气缸23的气路的压力开关检测到压力达到设定压力时，说明密封圈已完成预压，实现了自动关门锁紧密封。开门时，先将膜片气缸23断气复位，在压缩弹簧19的作用下门板迅速复位，门玻璃6离开密封圈16。待膜片气缸23的气路的压力开关检测到压力低于设定压力时，无杆气缸9通气反向运动，带动门板离开门框5，从而实现自动开门。

图5(a)和图5(b)显示根据本申请实施例的半导体热处理设备的结构示意图，其中图5(a)为正面结构示意图，图5(b)为侧面剖视图。如图所示，该半导体热处理设备包括高温加热腔室P1、装卸料腔室P2和如上所述的密封门P3，密封门P3安装在装卸料腔室P2的装卸料口上。该半导体热处理设备还包括料架P4、进气口P4、出气口P5等结构。

该半导体热处理设备的工作过程如下。

密封门P3打开，物料(例如SiC工艺片等)通过装卸料口进入装卸料腔室P2并置于料架P4内，放料过程可由人工完成。然后密封门P3关闭并实现对装卸料口的密封。待物料通过升降机构(未示出)升入高温加热腔室P1后，关闭高温加热腔室P1的炉门。高温加热腔室P1对物料进行高温加热等工艺处理。

工艺结束后，通过进气口P5和出气口P6向装卸料腔室P2充入惰性气体并排出空气。待装卸料腔室P2内氧气含量达到目标值以下时，高温加热腔室P1的炉门开启，并通过升降机构将料架P4降下，移出高温加热腔室P1，送回装卸料腔室P2。此时继续通入惰性气体对料架P4内的物料进行风冷。

直到物料温度降到允许温度以下时，停止通入惰性气体，开始通入空气，并使装卸料腔室P2与外界的大气相连通。待到装卸料腔室P2内的氧气含量达到空气标准含量时，密封门P3开启，取出物料，并进行下一次放料。

上述示例性实施例中，采用四个膜片气缸同步动作，同时推动门板的四角，保证密封圈受力，确保密封可靠；采用气缸实现门的自动开关和密封，便于自动化处理，且气动元件相对电动元件对操作人员更安全；密封槽采用燕尾槽，可防止密封圈滑落；采用双线性滑轨，每条线性滑轨带至少两个滑块，使门板运动更为平稳；采用无杆气缸和膜片气缸，结构紧凑，节省占地空间；此外，该实施例中无杆气缸与滑块连接板之间采用浮动连接，可防止运动阻滞。

以上已经描述了本申请的各实施例，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。

Claims (10)

1.一种半导体热处理设备中的密封门，其特征在于，包括门框、膜片气缸、门板、滑轨、密封圈，其中：

所述门框安装在所述半导体热处理设备中一腔室的壁板上；

所述门板通过所述滑轨安装在所述壁板上，且位于所述壁板和所述门框之间；

所述膜片气缸安装在所述门框背面，位于所述门框和所述门板之间；

所述密封圈嵌在所述壁板上，与所述门板的边缘区域对应地设置；

当所述膜片气缸通气时，所述膜片气缸向所述门板施加压力，使所述门板压紧所述密封圈。

2.根据权利要求1所述的密封门，其特征在于，包括多个所述膜片气缸，多个所述膜片气缸沿所述门框均匀分布，各所述膜片气缸同步通气。

3.根据权利要求1或2所述的密封门，其特征在于，包括两条所述滑轨，两条所述滑轨平行地布置在所述门板的上方和下方，每条所述滑轨上设置有至少两个滑块；

所述密封门还包括上滑块连接板、下滑块连接板，所述门板的上部通过所述上滑块连接板与位于所述门板上方的所述滑轨的滑块连接，所述门板的下部通过所述下滑块连接板与位于所述门板下方的所述滑轨的滑块连接，所述滑块能够带动所述上滑块连接板、所述下滑块连接板和所述门板沿所述滑轨移动。

4.根据权利要求3所述的密封门，其特征在于，所述密封门还包括弹簧导向机构，所述门板通过所述弹簧导向机构与所述上滑块连接板及所述下滑块连接板连接，其中，

所述弹簧导向机构包括弹簧档块、压缩弹簧、线性导向轴、衬套，其中：

所述衬套嵌在开设在所述上滑块连接板或所述下滑块连接板上的过孔中；

所述线性导向轴的一端与所述弹簧档块连接，另一端端穿过所述衬套与所述门板连接；

所述压缩弹簧套设在所述线性导向轴上，卡设在所述弹簧档块和所述衬套之间。

5.根据权利要求3所述的密封门，其特征在于，所述密封门还包括无杆气缸和气缸连接块，其中，

所述无杆气缸安装在所述壁板上，设置于所述下滑块连接板下方或所述上滑块连接板上方；

所述无杆气缸的滑块通过所述气缸连接块与所述下滑块连接板或所述上滑块连接板连接，所述无杆气缸能够驱动所述气缸连接块移动，以带动所述上滑块连接板、所述下滑块连接板和所述门板沿所述滑轨移动。

6.根据权利要求5所述的密封门，其特征在于，所述无杆气缸上设置有速度控制阀，所述速度控制阀用于调节所述无杆气缸的滑块的移动速度。

7.根据权利要求3所述的密封门，其特征在于，所述密封门还包括位置开关，所述位置开关安装在所述壁板上，在所述门板通过所述滑轨移动至关门位置时，所述下滑块连接板或所述上滑块连接板触发所述位置开关，所述位置开关在被触发后发出预定信号。

8.根据权利要求3所述的密封门，其特征在于，所述密封门还包括止动器和缓冲器，所述止动器和缓冲器设置在所述门框上，所述止动器用于调整关门时所述门板停止的位置，所述缓冲器用于在所述门板碰触所述止动器前对所述门板进行缓冲。

9.根据权利要求1所述的密封门，其特征在于，所述壁板上设置有燕尾槽，所述密封圈为O型密封圈，所述密封圈嵌在所述燕尾槽中。

10.一种半导体热处理设备，其特征在于，所述半导体热处理设备包括装卸料腔室和根据权利要求1-9中任意一者所述的密封门，所述密封门安装在所述装卸料腔室的装卸料口上。

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