本实用新型涉及反应设备技术领域，特别是涉及一种双功能反应炉。
背景技术：
目前常用的薄膜生长设备有MOCVD、PECVD和管式炉等。其中MOCVD和PECVD的设备价格昂贵、维护成本高，同时工艺过程复杂、生产效率较低。管式炉设备成本低廉，且可以一次同时容纳批量反应物进行反应，但受设备工艺条件所限，其使用范围较窄，限于在特定气氛条件下的薄膜生长或退火。
当前的管式炉设备一般只能支持反应物表面的材料层生长反应，而对于去除反应物表面材料层的刻蚀反应，由于设备组件一般无法在高温、易腐蚀的环境下工作而无法支持。而采用一般的等离子干法刻蚀或者湿法刻蚀则存在设备昂贵及维护成本高的问题。
此外，管式炉设备的反应一般在高温下进行，因此在反应过程结束后，设备内部还处于高温状态，需要关闭加热系统，等待炉体温度下降到室温后才可卸载反应物，并装载下一批反应物进行反应，这也影响了设备的利用效率。
因此，有必要提出一种新的反应炉设备，解决上述问题。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种新的反应炉设备，用于解决现有的管式炉存在的功能单一及利用效率低等问题。
为了实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种双功能反应炉，所述双功能反应炉用于待处理基底表面材料层的生长及刻蚀，所述双功能反应炉包括：
用于放置待处理基底的炉管；
炉体，位于所述炉管外围；
加热装置，位于所述炉体内，且位于所述炉管外围；
与所述炉管内部相连通，且用于向所述炉管内通入生长气体、生长液体、刻蚀气体及刻
蚀液体中的至少一者的进口组件；
出口，与所述炉管内部相连通；
用于将所述炉管与外部连通或隔离，并向所述炉管内传入或传出所述待处理晶圆的炉门组件，所述炉门组件位于所述炉管的至少一端部。
作为本实用新型的一种优选方案，所述进口组件包括：
与所述炉管内部相连通，且用于向所述炉管内通入生长气体或生长液体的第一进口；
与所述炉管内部相连通，且用于向所述炉管内通入刻蚀气体或刻蚀液体的第二进口。
作为本实用新型的一种优选方案，所述进口组件包括：
与所述炉管内部相连通，且用于向所述炉管内通入生长气体的第一进口；
与所述炉管内部相连通，且用于向所述炉管内通入生长液体的第二进口；
与所述炉管内部相连通，且用于向所述炉管内通入刻蚀气体的第三进口；
与所述炉管内部相连通，且用于向所述炉管内通入刻蚀液体的第四进口。
作为本实用新型的一种优选方案，所述炉管为卧式管式炉或立式管式炉。
作为本实用新型的一种优选方案，所述炉门组件包括：
装卸传送系统，所述装卸传送系统包括滑轨及用于放置所述待处理基底的承载台，所述滑轨位于所述炉管一端外侧；所述承载台位于所述滑轨上，且可在所述滑轨上滑动；
炉门，所述炉门固定于所述承载台远离所述炉管的一侧，且所述炉门至所述承载台靠近所述炉管一侧的距离小于所述炉管的长度，以确保所述承载台移至所述炉管内时所述炉门将所述炉管与外部隔离。
作为本实用新型的一种优选方案，所述炉门组件包括：
炉门，所述炉门的一边与所述炉体活动连接，所述炉门打开时，所述炉管与外部相连通，所述炉门关闭时，所述炉管与外部隔离；
用于向所述炉管内传送所述待处理基底，并将处理完毕后的所述待处理基底传送出所述炉管的装卸传送系统，所述装卸传送系统位于所述炉门一侧。
作为本实用新型的一种优选方案，所述装卸传送系统包括直角坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种。
作为本实用新型的一种优选方案，所述炉门组件还包括：
法兰，位于所述炉门与所述炉体之间，且套置于所述炉管靠近所述炉门一端的外围；
密封圈，位于所述法兰与所述炉门之间。
作为本实用新型的一种优选方案，所述加热装置分多段环绕于所述炉管外围，以将所述炉管分为多个加热区域。
作为本实用新型的一种优选方案，所述炉管内包括一恒温区，所述恒温区的长度占所述炉管总长度的1/3～1。
作为本实用新型的一种优选方案，所述双功能反应炉还包括：
用于提供生长气体、生长液体、刻蚀气体及刻蚀液体中的至少一者的供给源；
第一管路，一端与所述供给源相连接，另一端与所述进口组件相连接；
动力泵；
第二管路，一端与所述动力泵相连接，另一端与所述出口相连接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述双功能反应炉还包括用于防止气体泄露的安全密封与负压排放系统，所述安全密封与负压排放系统分别套置于所述进口与所述第一管路连接处的外围及所述出口与所述第二管路连接处的外围。
作为本实用新型的一种优选方案，所述安全密封与负压排放系统包括：
箱体，分别套置于所述进口与所述第一管路连接处的外围及所述出口与所述第二管路连接处的外围；
排风管路，与所述箱体内部相连通。
作为本实用新型的一种优选方案，所述双功能反应炉还包括：
用于处理废气或废液的处理装置；
第三管路，一端与所述动力泵相连接，另一端与所述处理装置相连接。
作为本实用新型的一种优选方案，所述双功能反应炉还包括用于对所述炉管内排出的气体或液体进行过滤的过滤装置，所述过滤装置位于所述第二管路上。
作为本实用新型的一种优选方案，所述双功能反应炉还包括冷却系统，所述冷却系统包括：
冷却管路，位于所述加热装置的外围，且与所述加热装置具有间距。可以是位于炉体内的管路，也可以是环绕于炉体外的管路。
冷媒源，与所述冷却管路相连通，该冷媒源可以是冷却气体源也可以是冷却液体源。
本实用新型的双功能反应炉具有如下有益效果：本实用新型的双功能反应炉即可以在待处理基底表面生长材料层，又可以对待处理基底表面存在的材料层进行刻蚀，具有生长及刻蚀双重功能；同时，本实用新型的双功能反应炉中的炉门组件可以实现高温下待处理基底的装卸，无需在处理完毕后降至室温，从而显著提高其利用效率。本实用新型的双功能反应炉还具有结构简单、操作容易、便于控制、可持续生产及安全性高等优点。
附图说明
图1显示为本实用新型实施例一中的双功能反应炉的炉门开启时的截面结构示意图。
图2显示为本实用新型实施例一中的双功能反应炉的炉门关闭时的截面结构示意图。
图3显示为本实用新型实施例一中提供的双功能反应炉包含两个进口的进口组件具体结构图。
图4显示为本实用新型实施例一中提供的双功能反应炉包含四个进口的进口组件具体结构图。
图5显示为安全密封与负压排放系统具体结构图。
图6显示为本实用新型实施例二中提供的双功能反应炉的截面结构示意图。
图7及图8显示为沿图6中A方向的侧视图，其中，图7中的炉门为翻盖式炉门，图8中的炉门为侧开式炉门。
元件标号说明
101 炉管
102 炉体
103 加热装置
104 进口组件
104a 第一进口
104b 第二进口
104c 第三进口
104d 第四进口
105 出口
106 炉门组件
106a 炉门
106b 装卸传送系统
106c 承载台
106d 滑轨
106e 法兰
106f 密封圈
107 待处理基底
108 加热区域
108a 第一加热区
108b 第二加热区
108c 第三加热区
109 供给源
110 第一管路
111 动力泵
112 第二管路
113 安全密封与负压排放系统
113a 箱体
113b 排风管路
113c 风量调节挡板
114 炉体与进口组件的连接部
115 处理装置
116 第三管路
117 过滤装置
118 冷却系统
118a 冷却管路
118b 冷媒源
201 炉体
202 炉门
203 铰链
204 装卸传送系统
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
如图1及图2所示，本实用新型提供了一种双功能反应炉，所述双功能反应炉用于待处理基底107表面材料层的生长及刻蚀，所述双功能反应炉包括：用于放置待处理基底107的炉管101；炉体102，位于所述炉管101外围；加热装置103，位于所述炉体102内，且位于所述炉管101外围；与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入生长气体、生长液体、刻蚀气体及刻蚀液体中的至少一者的进口组件104；出口105，与所述炉管101内部相连通；用于将所述炉管101与外部连通或隔离，并向所述炉管101内传入或传出所述待处理基底107的炉门组件106，所述炉门组件106位于所述炉管101的至少一端部。
本实用新型中所述的双功能反应炉所采用的炉管材料包括石英、石墨、碳化硅、陶瓷或耐腐蚀金属等。所述炉管101可以根据实际使用需要定制，其大小可以容纳一次装载所需作业的待处理基底107。作为本实用新型的一种优选方案，所述炉管101的工作温度在600摄氏度至1100摄氏度之间，在所述工作温度下，所述炉管的结构可以保持长期稳定。所述炉体102位于所述炉管101的外围，所述炉体102由保温棉或石墨棉等耐高温的保温材料构成，这可以使所述炉管101内部的工作温度维持在一个稳定的区间范围内。在所述炉管101和所述炉体102之间设置加热装置103，对所述炉管101进行加热，并将所述炉管温度维持在稳定的工作温度范围区间内。所述加热装置103可以采用炉丝、灯管或射频系统中的至少一种加热系统。所述炉管101连接进口组件104，通过所述进口组件104向炉管101内部通入生长气体、生长液体、刻蚀气体及刻蚀液体中的至少一种。通过向所述炉管101内通入上述生长气体及生长液体中的至少一种，可以在位于所述炉管101内的待处理基底107表面生长材料层；通过向所述炉管101内通入上述刻蚀气体及刻蚀液体中的至少一种，可以对位于所述炉管101内的待处理基底107表面的材料层进行刻蚀。所述炉管101还需要连接出口105，通过所述出口105将反应结束后所述炉管101内部的残余反应气体或液体排出。这样可以防止反应完成后的残留腐蚀气体或液体残留在所述炉管101内，以免在装卸载反应物时造成危害。炉管101由炉门组件106将其与外部连通或者隔离，通过炉门106a的开启与关闭来控制炉管101是否与外部连通。同时通过炉门组件106向炉管101内部装载或者卸载待处理基底107。
作为示例，请参阅图1，所述炉管101为卧式管式炉或立式管式炉。如图1中所示是一种卧式设计。当然，本实用新型也可采用立式设计，该改动不会影响本实用新型的基本构想。
作为示例，所述炉管101可以为但不仅限于石英炉管、石墨炉管、碳化硅炉管、陶瓷炉管或耐腐蚀金属材料炉管。
作为示例，请参阅图1，所述炉门组件106包括：装卸传送系统106b，所述装卸传送系统106b包括滑轨106d及用于放置所述待处理基底107的承载台106c，所述滑轨106d位于所述炉管101一端外侧；所述承载台106c位于所述滑轨106d上，且可在所述滑轨106d上滑动；炉门106a，所述炉门106a固定于所述承载台106c远离所述炉管101的一侧，且所述炉门106a至所述承载台106c靠近所述炉管101一侧的距离小于所述炉管101的长度，以确保所述承载台106c移至所述炉管101内时所述炉门106a将所述炉管101与外部隔离。
作为示例，滑轨106d优选使用无尘滑轨，以避免装载时产生的粉尘对反应物表面造成污染。
作为示例，请参阅图1，所述炉门组件106包括：炉门106a，所述炉门106a的一边与所述炉体102活动连接，所述炉门106a打开时，所述炉管101与外部相连通，所述炉门106a关闭时，所述炉管101与外部隔离；用于向所述炉管101内传送所述待处理基底107，并将处理完毕后的所述待处理基底107传送出所述炉管101的装卸传送系统，所述装卸传送系统位于所述炉门一侧。
作为示例，请参阅图1，所述装卸传送系统106b包括直角坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种。如图1所示，本实用新型中装卸传送系统106b采用的是所述直角坐标式机械手的设计，由承载台106c和滑轨106d共同组成。
在一示例中，请参阅图3，图3所示是进口组件104的具体结构图。所述进口组件104包括：与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入生长气体或生长液体的第一进口104a；与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入刻蚀气体或刻蚀液体的第二进口104b。如图3所示，作为本实用新型的一种优选方案，进口组件104的一端通过炉体与进口组件的连接部114与所述炉管101内部相连通，另一端通过管路连接气体或液体反应源，即所述第一进口104a及所述第二进口104b的另一端经由如图1及图2中所示的第一管路110与所述供给源109相连接。
在另一示例中，请参阅图4，图4所示是进口组件104的具体结构图。所述进口组件104包括：与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入生长气体的第一进口104a；与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入生长液体的第二进口104b；与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入刻蚀气体的第三进口104c；与所述炉管101内部相连通，且用于向所述炉管101内通入刻蚀液体的第四进口104d。如图4所示，作为本实用新型的一种优选方案，进口组件104的一端通过炉体与进口组件的连接部114与所述炉管101内部相连通，另一端通过管路连接气体或液体反应源，即所述第一进口104a、所述第二进口104b、所述第三进口104c及所述第四进口104d的另一端经由如图1及图2中所示的第一管路110与所述供给源109相连接。
需要说明的是，图3及图4中所示的炉体与进口组件的连接部114可以为所述炉体102自身的一部分。
作为示例，请参阅图1，所述炉门组件106还包括：法兰106e，位于所述炉门106a与所述炉体102之间，且套置于所述炉管101靠近所述炉门106a一端的外围；密封圈106f，位于所述法兰106e与所述炉门101之间。通过所述密封圈106f和所述法兰106e形成的密封结构，可以使所述炉管101内部气氛与外部隔离，使内部的反应气体不会泄露到外界。
作为示例，所述密封圈106f可以为但不仅限于O型密封圈，所述密封圈106f的材料可以为但不仅限于掺氟(F)橡胶或全氟橡胶。所述密封圈106f的数量可以根据实际需要设定为单个，两个或多个。
作为示例，请参阅图1，所述加热装置103分多段环绕于所述炉管101外围，以将所述炉管101分为多个加热区域108。例如图1中所示，加热区域108分为了三个区域：第一加热区108a、第二加热区108b和第三加热区108c，所述加热区域108可以由加热装置103分别进行控温，确保待处理基底107所处区域的温度稳定维持在工作温度。
作为示例，所述加热装置103可以为加热炉丝、灯管或射频加热装置等等，需要说明的是，所述加热装置103为灯管或射频加热装置时，所述加热装置103需裸露于所述炉管101内，而并非密封于所述炉体102内。
作为示例，请参阅图1，所述炉管101内包括一恒温区，所述恒温区的长度小于或等于所述炉管101的总长度，优选地，所述恒温区的长度占所述炉管101总长度的1/3～1，更优选地，所述恒温区的长度占所述炉管101总长度的1/3～1/2。例如图1中所示，在加热区域108中的第二加热区108b通过加热装置103将该区域温度恒定控制在工作温度，形成所述恒温区，此时所述恒温区长度为所述炉管101长度的1/3。当然，本例中也可调节第一加热区108a和第三加热区108c，将所述恒温区范围增加至整个炉管101的长度。
作为示例，请参阅图1，所述双功能反应炉还包括用于提供生长气体、生长液体、刻蚀气体及刻蚀液体中的至少一者的供给源109；第一管路110，一端与所述供给源109相连接，另一端与所述进口组件104相连接；动力泵111；第二管路112，一端与所述动力泵111相连接，另一端与所述出口105相连接。由生长气体、生长液体、刻蚀气体或刻蚀液体作为所述供给源109，通过第一管路110连接进口组件104后，将反应源通入炉管101中。而反应完成后，剩余的反应气体由出口105排出。由于第二管路112连接了动力泵111，可以确保炉管101中剩余的反应气体被抽取干净。
作为示例，请参阅图1，所述双功能反应炉还包括用于防止气体泄露的安全密封与负压排放系统113，所述安全密封与负压排放系统113分别套置于所述进口组件104与所述第一管路110连接处的外围及所述出口105与所述第二管路112连接处的外围。
作为示例，请参阅图5，所述安全密封与负压排放系统113包括：箱体113a，分别套置于所述进口组件104与所述第一管路110连接处的外围及所述出口105与所述第二管路112连接处的外围；排风管路113b，与所述箱体113a内部相连通；位于所述排风管路113b接口处的风量调节挡板113c。通过所述排风管路113b，所述箱体113a内可以保持负压，以此确保万一有反应气体从所述炉管101中泄露，可以通过所述排风管路113b及时抽走，不会泄露到外界环境中去。通过所述风量调节挡板113c的开合，可以调节所述箱体113a内的排风速率，保证所述箱体113a维持负压环境。需要说明的是，图5中所示是所述箱体113a套置于所述进口组件104与所述第一管路110连接处外围的情况，所述箱体113a套置于所述出口105与所述第二管路112时的情况与图5所示布局设计相同。
作为示例，所述双功能反应炉还包括：用于处理废气或废液的处理装置115；第三管路116，一端与所述动力泵111相连接，另一端与所述处理装置115相连接。
作为示例，所述双功能反应炉还包括用于对所述炉管101内排出的气体或液体进行过滤的过滤装置117，所述过滤装置117位于所述第二管路112上。由于排出的剩余反应气体或液体有可能是具有腐蚀性或有毒的气体和液体，因此通过过滤装置117可以将其中的有害成分进行过滤，确保最终排放的气体或液体无害化。
作为示例，所述双功能反应炉还包括冷却系统118，所述冷却系统118包括：冷却管路118a，位于所述加热装置113的外围，且与所述加热装置113具有间距。冷却管路118a可以是位于炉体内的管路，也可以是环绕于炉体外的管路，例如图1中所示结构，冷却管路118a是位于炉体内的管路。冷媒源118b，与所述冷却管路118a相连通。该冷媒源118b可以是冷却气体源也可以是冷却液体源。通过使用所述冷却系统118，可以使炉管101的降温过程更迅速，也可以有效降低环境温度，维持厂房车间的恒温生产环境。
作为示例，所述第一管路110、所述第二管路112及所述第三管路116及其他管路均可以为但不仅限于不锈钢管路，所述管路内部镀有镀层，所述镀层可以为PTFE(聚四氟乙烯)镀层、陶瓷镀层或搪瓷镀层等等。
以上对本实用新型的实施例进行了详细描述，以下将对本实用新型的应用实例进行说明。
请参阅图1及图2，本实用新型的双功能反应炉可以便捷高效地完成待处理基底107表面材料层的生长或者刻蚀过程，本实用新型的所述双功能反应炉的操作方法如下：
放入待处理的所述待处理基底107之前，所述双功能反应炉的炉门106a呈开启状态，如图1所示，所述承载台106c通过所述滑轨106d移动到最右端。此时将待处理的晶圆107放置到所述承载台106c上。所述晶圆107装载完毕后，所述承载台106c沿所述滑轨106d向所述炉管101内移动，直至所述炉门106a关闭，并通过密封圈106f和法兰106e形成密封结构，如图2所示。通过所述加热装置103，将所需恒温区的温度调节至工作温度；同时，通过所述动力泵111经所述出口105抽取所述炉管101内的大气。所述供给源109通过所述进口组件104向所述炉管101内通入所需的反应气体或液体源，所述反应气体或液体源可以为生在气体或液体源，也可以为刻蚀气体或液体源，根据实际工艺是要进行材料层生长还是进行材料层刻蚀决定，使所述炉管101内维持反应所需的反应气氛。反应在稳定的反应温度及反应气氛下进行。在反应完成后，通过所述动力泵111经所述出口105抽取所述炉管101内的剩余反应气体，同时所述加热装置103将所述炉管101内温度调节至装卸温度，例如本实用新型中优选的装卸温度为60℃～700℃。等所述炉管101内温度下降至装卸温度时，通过所述滑轨106d将所述承载台106c移动到最右端，此时，所述炉门106a再次呈打开状态，如图1所示，并使用装卸传送系统204将完成反应的待处理基底107取出。该设计无需将所述炉管101内温度降至室温，而是60℃～700℃，减少了降温的等待时间，提高了反应炉设备的利用率。
实施例二
请参阅图6至图8，本实用新型还提供一种双功能反应炉，本实施例中所述的双功能反应炉与实施例一中所述的双功能反应炉的结构大致相同，二者的区别仅在于所述炉门组件106及炉体的类型：实施例一中所述的双功能反应炉为卧式反应炉，所述炉门组件106包括炉门106a及装卸传送系统106b，所述装卸传送系统106b包括滑轨106d及用于放置所述待处理基底107的承载台106c，所述滑轨106d位于所述炉管101一端外侧，所述承载台106c位于所述滑轨106d上，且可在所述滑轨106d上滑动，所述炉门106a为推拉式炉门，所述炉门106a固定于所述承载台106c远离所述炉管101的一侧，且所述炉门106a至所述承载台106c靠近所述炉管101一侧的距离小于所述炉管101的长度，以确保所述承载台106c移至所述炉管101内时所述炉门106a将所述炉管101与外部隔离；而本实施例中，所述双功能反应炉为立式反应炉，所述炉门组件106包括炉门106a及装卸传送系统106b，所述炉门106的一边与所述炉体102活动连接；所述装卸传送系统位于所述炉门一侧，所述装卸传送系统204可采用直角坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种。
在一示例中，如图7所示，所述炉门106a是一种翻盖式炉门，在炉体201一侧设置炉门202，通过其上部铰链203向上打开所述炉门202后，由装卸传送系统204对待处理基底107进行装载或卸载。装卸传送系统204可采用直角坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种。
在另一示例中，如图8所示，所述炉门106a是一种侧开式炉门，在炉体201一侧设置炉门202，通过其侧边铰链203打开所述炉门202后，由装卸传送系统204对待处理基底107进行装载或卸载。装卸传送系统204可采用直角坐标式机械手、球坐标式机械手、关节式机械手或圆柱坐标式机械手的至少一种。
综上所述，本实用新型提供了一种双功能反应炉，用于待处理基底107表面材料层的生长及刻蚀，包括如下部分：用于放置待处理基底107的炉管；位于炉管外围的炉体；位于炉体内且位于炉管外围的加热装置；与炉管内部相连通，且用于向炉管内通入生长气体、生长液体、刻蚀气体及刻蚀液体中的至少一者的进口组件；与炉管内部相连通的出口组件；用于将炉管与外部连通或隔离，并向炉管内传入或传出待处理基底107的炉门组件。本实用新型的反应炉可以实现待处理基底表面材料层的生长或刻蚀反应，是一种结构简单，操作容易，便于控制，能连续生产，安全性高的可以实现生长及刻蚀双功能的设备。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。