炉门组件、立式炉及立式炉的启闭方法与流程

1.本发明属于及半导体设备技术领域，尤其涉及一种炉门组件、立式炉及立式炉的启闭方法。


背景技术：

2.立式炉热处理设备是半导体制造工艺制程中的重要的工艺处理设备。将晶圆叠放于晶舟内，并将晶舟放置于炉管，以实现镀膜工艺。由于工艺种类的多样性，炉管内温度由400℃至1200℃不等。当工艺完成，晶舟缓慢下降，从炉管离开，进入晶圆传输区域。此时，炉管与晶圆传输区域连通，大量热量扩散至晶圆传输区域，造成炉管内温度下降，晶圆传输区域温度升高，对该区域内的非耐高温组件造成影响。当晶舟缓慢提升，进入炉管，需要重新加热炉管，使其达到工艺指定温度，这个过程往往十分漫长，降低了设备使用率，且严重影响了设备产能。
3.现有的立式炉热处理存在以下缺陷：1)通常采用炉门组件，在晶圆传输时，密封炉管区域。现有炉门组件，通常包含旋转机构和提升机构，分别驱动炉门组件的旋转避让动作和升降开关动作。2)现有炉门组件旋转机构和提升机构通常采用伺服电机驱动，需要厚重的隔热层来保护伺服驱动控制系统，需要加工走线槽来保护伺服驱动控制系统的动力电缆和控制电缆，这将导致炉门组件结构复杂，维护困难。
4.因此需要一种维护方便，且取消所有因保护控制元器件而额外增加的冗余结构的炉门组件。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种炉门组件、立式炉及立式炉的启闭方法，维护方便，取消所有因保护控制元器件而额外增加的冗余结构。为实现上述目的，采用如下技术方案：
6.一种炉门组件，包括：
7.炉门和气缸，所述炉门用于密封炉管，所述炉门与连接单元连接，所述连接单元套设于所述气缸的输出轴上，所述输出轴可沿z向上下移动；所述连接单元远离炉门的一端设置一导向轮，所述导向轮可沿导向板的侧面垂直移动、之后旋转移动；
8.所述导向板，其固定于驱动底座，其朝向导向轮的一侧面上开设导向槽，所述导向槽包括依次与导向轮配合且沿z向延伸的垂直槽和曲线槽；所述曲线槽的上端连通垂直槽的下端；
9.所述驱动底座，其上设置与输出轴的上段间隙配合的上轴承、与输出轴的下段配合的下轴承。
10.优选地，所述气缸与一控制单元连接；所述控制单元包括一双控电磁阀，所述双控电磁阀包括接口a、接口b、接口c、接口d、接口a1、接口b1、接口c1、接口d1；
11.b侧电磁继电器触发形成气缸缩回状态时，所述接口a1连接气缸的有杆腔气口，所述接口b1连接气缸的无杆腔气口；所述接口a连接接口a1，所述接口b连接接口b1；所述接口
a中通入气体；
12.a侧电磁继电器触发形成气缸伸出状态时，所述接口c1连接气缸的有杆腔气口，所述接口d1连接气缸的无杆腔气口；所述接口c连接接口c1，所述接口d连接接口d1；所述接口d中通入气体。
13.优选地，所述双控电磁阀安装在远离炉管的区域。
14.优选地，所述控制单元还包括一对调速阀，其中一调速阀设置在连接有杆腔气口的管道上，另一调速阀设置在连接无杆腔气口的管道上。
15.优选地，所述连接单元包括后调整座和前调整座，所述前调整座与输出轴配合，后调整座可拆卸地设置于所述前调整座，所述后调节座固定于炉门的底面。
16.优选地，还包括弹性元件，所述弹性单元包括弹簧和弹簧引导轴，所述弹簧引导轴卡设于后调整座的底面，并经后调整座的内部延伸至炉门的内部，所述弹簧引导轴上套设所述弹簧。
17.优选地，所述炉门朝向炉管的上表面上设置一密封圈。
18.一种立式炉，包括所述的炉门组件。
19.一种立式炉的启闭方法，包括以下步骤：
20.当需要开启时，b侧电磁继电器触发，接口a1连接气缸的有杆腔气口，接口b1连接气缸的无杆腔气口；接口a连接接口a1，接口b连接接口b1；接口a中通入气体，气缸启动并开始缩回，炉门将在气缸的驱动下，沿着导向槽11a的路径，先垂直下降，由a2位置移动至a1位置，然后旋转下降，由b2位置移动至b1位置，使炉门与炉口法兰脱离接触。
21.优选地，还包括：
22.当需要关闭炉管时，a侧电磁继电器触发，接口c1连接气缸的有杆腔气口，接口d1连接气缸无杆腔气口；接口c连接接口c1，接口d连接接口d1；接口d中通入气体；气缸启动并开始伸出，炉门将在气缸的驱动下，沿着导向槽11a的路径，先旋转上升，由b1位置移动至b2位置，然后垂直上升，由a1位置移动至a2位置，使炉门与炉口法兰完成密封。
23.与现有技术相比，本发明的优点为：
24.(1)采用单个气缸作为驱动组件，同样可以实现旋转避让动作和升降开关动作，维护方便；而现有的炉门组件包含旋转机构和提升机构，分别驱动炉门组件的旋转避让动作和升降开关动作。
25.(2)分离驱动组件的执行机构(气缸)和控制元器件(控制单元)，取消所有因保护控制元器件而额外增加的冗余结构。
26.(3)设置柔性炉门结构，在炉口法兰和炉门平行度无法保证的情况下，可以自动调节弹簧的伸缩，调整炉门角度，确保密封效果，防止炉管内气体泄漏和热量流失。即在多种误差累计和热变形的情况下，仍可以密封炉管，减少了装配调节难度，延长了炉门及其密封圈的使用寿命。而现有炉门组件的炉门密封面与炉管下法兰面均为固定面，无法自动调节，在装配误差、热变形等条件的影响，将产生炉门倾斜，侧压密封圈等问题，影响炉门密封圈的使用寿命。
附图说明
27.图1为炉门组件等轴侧示意图；
28.图2为炉管与炉门的密封方式示意图；
29.图3为炉门组件将炉管打开的状态示意图；
30.图4为炉门组件将炉管闭合的状态示意图；
31.图5为炉门组件导向板与导向轮示意图；
32.图6为炉门组件导向板示意图；
33.图7为炉门组件柔性炉门局部示意图态；
34.图8为炉门组件打开状态电气原理图；
35.图9为炉门组件关闭状态电气原理图。
36.其中，1-石英板，2-炉门，3-密封圈，4-前调整座，5-后调整座，6-直线轴承，7-缓冲装置，8-气缸，9-顶部罩壳，10-驱动底座，11-导向板，11a-导向槽，12-导向轮，13-弹簧引导轴，14-弹簧，15-弹簧保护板，16-炉管，16a-炉口法兰，17-调速阀，18-双控电磁阀。
具体实施方式
37.下面将结合示意图对本发明的炉门组件、立式炉及立式炉的启闭方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
38.如1～9所示，一种炉门组件，包括：炉门2、气缸8、连接单元、导向板11、导向轮12、驱动底座10、控制单元。
39.炉管16单元，是立式炉热处理设备重要组成部分。炉管16单元包括炉管16及其炉口法兰16a，其中炉口法兰16a内设置有水冷循环，可以降低炉口法兰16a表面温度，有效的保护密封圈3，防止其过热老化失效。
40.炉门2和气缸8，炉门2用于密封炉管16，即用于隔绝炉管，防止炉管16单元与晶圆传输区域的连通，有密封，防止气体渗透；隔热，防止热量流失等作用。
41.炉门2内设置有水冷循环，可以降低炉门2表面温度，有效的保护密封圈3，防止其过热老化失效。炉门2包括石英板1，防止工艺气体直接接触炉门2，造成炉门2腐蚀，影响炉门2使用寿命。
42.气缸8是气动驱动单元，仅有伸出和缩回两种状态，分别对应炉门组件的闭合和开启，可以直观的表达炉门2的状态。单个驱动单元，结构简单，维护方便，防止多驱动之间的逻辑判定错误。气缸8作为执行机构，可以独立使用，控制单元可以远离炉管16，而原先使用的伺服驱动方式，有复杂的动力电缆和控制电缆，需要考虑如何走线和高温防护，往往结构复杂，维护困难。
43.炉门2与连接单元连接，连接单元套设于气缸8的输出轴上，输出轴可沿z向上下移动；连接单元远离炉门2的一端设置一导向轮12，导向轮12可沿导向板11的侧面垂直移动、之后旋转移动。
44.炉门2朝向炉管16的上表面上设置一密封圈3。在气缸8的驱动下，导向轮12随着前调整座4实现升降运动；导向轮12与导向板11配合，可以在导向槽11a内平滑转动，在导向槽11a指示的路径下，实现旋转运动，如图5所示。
45.连接单元包括后调整座5和前调整座4，前调整座4与输出轴配合，后调整座5可拆
卸地设置于前调整座4，后调节座固定于炉门2的底面。为确保炉管16与炉门2的密封，炉门2与炉口法兰16a需要具有相同的圆心，防止出线偏心，导致密封失效，因此需要前调整座4和后调整座5通过长腰孔调整位置来调节炉门2在水平方向的位置，来契合炉管16与炉门2的密封。
46.导向板11，其固定于驱动底座10，其朝向导向轮12的一侧面上开设导向槽，导向槽包括依次与导向轮12配合且沿z向延伸的垂直槽和曲线槽；曲线槽的上端连通垂直槽的下端。炉门2的运动路径由导向板11决定，可以使炉门2在靠近炉口法兰16a时，优先在垂直方向直线运动，远离密封圈3，远离炉口法兰16a时，旋转下降，从而避免了磨损密封圈3，延长密封圈3的使用寿命，如图6所示。
47.驱动底座10，其上设置与输出轴的上段间隙配合的上轴承(直线轴承6)、与输出轴的下段配合的下轴承(直线轴承6)。为保证炉门2运动的连续性，采用直线轴承6与气缸8的输出轴配合，以减少阻力，确保运动顺畅。上轴承上那幢顶部罩壳9，防止颗粒等进去上轴承6，造成磨损。其中，输出轴在上轴承内可沿着其径向移动，以实现输出轴沿z向的伸缩。输出轴与下轴承为过盈配合。
48.气缸8与控制单元连接；控制单元包括一双控电磁阀18和一对调速阀17。
49.双控电磁阀18包括接口a、接口b、接口c、接口d、接口a1、接口b1、接口c1、接口d1。双控电磁阀18安装在远离炉管16的区域。打开炉门或关闭炉门，只需要提供一个电控信号，不需要使用复杂繁琐的通讯电缆。双控电磁阀18可以安装在远离炉管的区域，不需要额外的隔热措施。
50.如图8所示，b侧电磁继电器触发形成气缸8缩回状态时，即此时双控电磁阀18切换至b侧接通，此时，炉管从封闭状态切换至开启状态。
51.具体的，接口a1连接气缸8的有杆腔气口，接口b1连接气缸8的无杆腔气口；接口a连接接口a1，接口b连接接口b1；接口a中通入气体。
52.如图3所示，炉门2将在气缸8的驱动下，沿着导向槽11a的路径，优先垂直下降，由a2位置移动至a1位置，然后旋转下降，由b2位置移动至b1位置，并在缓冲装置7的止动下减速，逐渐停止。
53.如图9所示，a侧电磁继电器触发形成气缸8伸出状态时，即双控电磁阀18切换至a侧接通。
54.接口c1连接气缸8的有杆腔气口，接口d1连接气缸8的无杆腔气口；接口c连接接口c1，接口d连接接口d1；接口d中通入气体。
55.此时，炉门2从打开状态切换至封闭打开状态，如图4所示。炉门2将在气缸8的驱动下，沿着导向槽11a的路径，优先旋转上升，由b1位置移动至b2位置，然后垂直上升，由a1位置移动至a2位置，使炉门2与炉口法兰16a逐渐接触，密封圈3受压缩产生变形，使炉门2与炉口法兰16a完成密封。
56.为确保区域内没有气流扰动，炉门的运动速度需要控制在一定范围之内，因此，设置调速阀17来调整炉门单元的运动速度。具体的，一调速阀17设置在连接有杆腔气口的管道上，另一调速阀17设置在连接无杆腔气口的管道上。
57.弹性单元包括弹簧14、弹簧引导轴13和弹簧保护板15，弹簧引导轴13卡设于后调整座5的底面，并经后调整座5的内部延伸至炉门2的内部，弹簧引导轴13上套设弹簧14。为
确保炉管16与炉门2的密封，炉门2的上表面与炉口法兰16a的下表面需要平行，绝对的平行在制造和装配上是无法实现的，而这些差值往往由密封圈3来抵消。在累计误差和热变形的影响下，这些差值将造成密封圈3的磨损，大大降低炉门2的使用寿命，因此，增加弹性单元，使用弹簧14的弹性形变特性，来调整炉门2的水平度，防止局部区域过量压缩密封圈3。弹簧14作为弹性形变零件，在高温、冷热交替等环境下，将造成力学性能变化，为确保炉门2的稳定密封，使用弹簧保护板15，隔绝弹簧14与外部空间。
58.进一步设置缓冲装置7，由于气动执行机构，如气缸8的运动无加减速功能，所以需要增加缓冲装置7，使炉门单元的运动速度平滑稳定，防止震动，引起磨损。在本实施例中，缓冲装置7为一液压缓冲杆。
59.本实施例还公开了一种立式炉，包括上述炉门组件。
60.一种立式炉的启闭方法，包括以下步骤：
61.当需要开启时，b侧电磁继电器触发，即此时双控电磁阀18切换至b侧接通，接口a1连接气缸8的有杆腔气口，接口b1连接气缸8的无杆腔气口；接口a连接接口a1，接口b连接接口b1；接口a中通入气体，气缸8启动并开始缩回，炉门2将在气缸8的驱动下，沿着导向槽11a的路径，先垂直下降，由a2位置移动至a1位置，然后旋转下降，由b2位置移动至b1位置，使炉门2与炉口法兰16a脱离接触。
62.当需要关闭炉管时，a侧电磁继电器触发，此时双控电磁阀18切换至a侧接通，接口c1连接气缸8的有杆腔气口，接口d1连接气缸8的无杆腔气口；接口c连接接口c1，接口d连接接口d1；接口d中通入气体。气缸8启动并开始伸出，炉门2将在气缸8的驱动下，沿着导向槽11a的路径，先旋转上升，由b1位置移动至b2位置，然后垂直上升，由a1位置移动至a2位置，使炉门2与炉口法兰16a完成密封。
63.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种炉门组件，其特征在于，包括：炉门和气缸，所述炉门用于密封炉管，所述炉门与连接单元连接，所述连接单元套设于所述气缸的输出轴上，所述输出轴可沿z向上下移动；所述连接单元远离炉门的一端设置一导向轮，所述导向轮可沿导向板的侧面垂直移动、之后旋转移动；所述导向板，其固定于驱动底座，其朝向导向轮的一侧面上开设导向槽，所述导向槽包括依次与导向轮配合且沿z向延伸的垂直槽和曲线槽；所述曲线槽的上端连通垂直槽的下端；所述驱动底座，其上设置与输出轴的上段间隙配合的上轴承、与输出轴的下段配合的下轴承。2.根据权利要求1所述的炉门组件，其特征在于，所述气缸与一控制单元连接；所述控制单元包括一双控电磁阀，所述双控电磁阀包括接口a、接口b、接口c、接口d、接口a1、接口b1、接口c1、接口d1；b侧电磁继电器触发形成气缸缩回状态时，所述接口a1连接气缸的有杆腔气口，所述接口b1连接气缸的无杆腔气口；所述接口a连接接口a1，所述接口b连接接口b1；所述接口a中通入气体；a侧电磁继电器触发形成气缸伸出状态时，所述接口c1连接气缸的有杆腔气口，所述接口d1连接气缸的无杆腔气口；所述接口c连接接口c1，所述接口d连接接口d1；所述接口d中通入气体。3.根据权利要求2所述的炉门组件，其特征在于，所述双控电磁阀安装在远离炉管的区域。4.根据权利要求2所述的炉门组件，其特征在于，所述控制单元还包括一对调速阀，其中一调速阀设置在连接有杆腔气口的管道上，另一调速阀设置在连接无杆腔气口的管道上。5.根据权利要求1所述的炉门组件，其特征在于，所述连接单元包括后调整座和前调整座，所述前调整座与输出轴配合，后调整座可拆卸地设置于所述前调整座，所述后调节座固定于炉门的底面。6.根据权利要求5所述的炉门组件，其特征在于，还包括弹性元件，所述弹性单元包括弹簧和弹簧引导轴，所述弹簧引导轴卡设于后调整座的底面，并经后调整座的内部延伸至炉门的内部，所述弹簧引导轴上套设所述弹簧。7.根据权利要求5所述的炉门组件，其特征在于，所述炉门朝向炉管的上表面上设置一密封圈。8.一种立式炉，其特征在于，包括权利要求1～7之任一项所述的炉门组件。9.一种立式炉的启闭方法，其特征在于，包括以下步骤：当需要开启时，b侧电磁继电器触发，接口a1连接气缸的有杆腔气口，接口b1连接气缸的无杆腔气口；接口a连接接口a1，接口b连接接口b1；接口a中通入气体，气缸启动并开始缩回，炉门将在气缸的驱动下，沿着导向槽11a的路径，先垂直下降，由a2位置移动至a1位置，然后旋转下降，由b2位置移动至b1位置，使炉门与炉口法兰脱离接触。10.根据权利要求9所述的立式炉的启闭方法，其特征在于，还包括：当需要关闭炉管时，a侧电磁继电器触发，接口c1连接气缸的有杆腔气口，接口d1连接
气缸无杆腔气口；接口c连接接口c1，接口d连接接口d1；接口d中通入气体；气缸启动并开始伸出，炉门将在气缸的驱动下，沿着导向槽11a的路径，先旋转上升，由b1位置移动至b2位置，然后垂直上升，由a1位置移动至a2位置，使炉门与炉口法兰完成密封。

技术总结
本发明提出了一种炉门组件、立式炉及立式炉的启闭方法，该组件包括炉门和气缸，炉门用于密封炉管，炉门与连接单元连接，连接单元套设于气缸的输出轴上，输出轴可沿Z向上下移动；连接单元远离炉门的一端设置一导向轮，导向轮可沿导向板的侧面垂直移动、之后旋转移动；导向板，其固定于驱动底座，其朝向导向轮的一侧面上开设导向槽，导向槽包括依次与导向轮配合且沿Z向延伸的垂直槽和曲线槽；曲线槽的上端连通垂直槽的下端；驱动底座，其上设置与输出轴的上段间隙配合的上轴承、与输出轴的下段配合的下轴承。本发明维护方便，取消所有因保护控制元器件而额外增加的冗余结构。控制元器件而额外增加的冗余结构。控制元器件而额外增加的冗余结构。


技术研发人员：刘强 杨平
受保护的技术使用者：上海稷以科技有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/7/27