高温退火设备的制作方法

本申请涉及半导体技术领域，特别涉及一种高温退火设备。

背景技术：

诸如碳化硅(sic)工艺片等物料在进行高温退火时，准确检测工艺温度对于控制加热温度以及实现良好工艺效果具有重要意义。

高温退火温度可高达1950℃。红外温度计是一种可在一定距离外测量被测对象温度的设备，其对耐温性的要求较低，因此可考虑采用红外温度计测量高温退火设备的工艺管温度。红外温度计向被测对象发射检测光斑，并收集被测对象的红外辐射能量，将之转化为电信号，经过放大器和信号处理电路按照内部算法和目标发射率校正转变为温度值。

但红外温度计对光路的洁净性要求很高，光路上的悬浮颗粒会引起较大测温偏差。所以如何确保光路洁净以使测量结果准确，是将红外温度计用于高温退火设备温度检测待解决的技术问题。

此外，高温退火设备常采用石墨加热器来加热，而石墨材料在高温下易被氧化，所以对于高温退火设备进行温度检测时，希望测温装置不破坏高温退火设备的密封性，避免空气进入其中而影响加热器的性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种高温退火设备，其所采用的红外测温装置能够保持光路洁净以达到准确测量工艺管温度的目的，同时还具有良好密封性。

本申请提供了一种高温退火设备，包括隔离壁、工艺管和红外测温装置，所述工艺管置于所述隔离壁围成的腔体中，所述红外测温装置包括石墨护管、红外温度计、第一kf法兰、第二kf法兰和吹气组件，所述红外温度计置于所述隔离壁外侧并用于检测所述工艺管的温度，其中：

所述第一kf法兰的非kf端设置于所述隔离壁的侧孔中，kf端位于所述隔离壁外侧，所述第一kf法兰和所述第二kf法兰密封固定；

所述石墨护管设置于所述第一kf法兰中，并延伸到所述隔离壁的内壁；

所述红外温度计设置于所述第二kf法兰中，所述红外温度计发出的检测信号通过所述石墨护管垂直照射于所述被测对象；

吹气组件设置于所述第二kf法兰的侧壁，所述第二kf法兰上设置有通气结构，所述通气结构用于连通所述石墨护管和所述吹气组件的气路。

可选地，所述通气结构包括锥形孔和通气孔：

所述锥形孔设置在所述第二kf法兰的kf端，所述锥形孔的大口端朝向所述石墨护管，小口端朝向所述红外温度计；

所述通气孔的一端设置在所述锥形孔的锥面上，另一端连接至所述吹气组件的气路。

可选地，所述通气孔包括锥形孔段和圆柱孔段：

所述锥形孔段的大口端设置在所述锥形孔的锥面上，小口端与圆柱孔段的一端连接，所述圆柱孔段的另一端连接至所述吹气组件的气路。

具体地，所述隔离壁可以包括多层，所述红外测温装置还可以包括定位套，所述定位套的一端插入所述第一kf法兰，另一端插入所述隔离壁的内层，所述定位套的外径与所述第一kf法兰间隙配合，所述石墨护管插入所述定位套内。

可选地，所述隔离壁包括两层，外层为炉筒，内层为炉筒内层的保温层；所述第一kf法兰的kf端设置于所述炉筒的侧孔中。

可选地，所述红外测温装置还包括固定螺套、锁紧螺母，所述红外温度计通过所述固定螺套和所述锁紧螺母设置于所述第二kf法兰中。

可选地，所述红外测温装置还包括密封圈、观察窗和垫圈，所述密封圈、所述观察窗和所述垫圈依次置于所述第二kf法兰的kf端和所述红外温度计之间，并通过所述固定螺套压紧。

可选地，所述红外测温装置还包括kfo形环、kf中心圈和kf卡箍，所述kfo形环、所述kf中心圈和所述kf卡箍密封固定所述第一kf法兰和所述第二kf法兰。

可选地，所述石墨护管的内径范围为6mm～10mm。

可选地，在测温时：

所述红外温度计发射的检测信号通过所述石墨护管垂直照射于所述工艺管，并收集所述工艺管的红外辐射能量，以检测所述工艺管的温度；

所述吹气组件通过所述通气结构向所述石墨护管吹入惰性气体以清扫光路。

本申请的有益效果在于：

1、本申请采用石墨护管围出光路，并设置吹气管，其可吹入气体以吹扫光路，确保光路洁净，测量准确；

2、本申请采用kf法兰，便于定位红外温度计和石墨护管的相对位置，以使光路垂直于被测对象照射点的切面，进一步确保了测量的准确性；

3、kf法兰还具有密封性好以及拆卸简便、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显示根据本申请实施例的高温退火设备的局部剖面示意图。

附图标记说明：

1工艺管；2保温层；3炉筒；4石墨护管；5第一kf法兰；6定位套；7kfo形环；8kf中心圈；9密封圈；10观察窗；11：垫圈；12：固定螺套；13红外温度计；14锁紧螺母；15第二kf法兰；16螺母；17吹气管；18kf卡箍；19物料加热腔室；20高温加热腔室；21锥形孔；22通气孔；23，第一kf法兰的kf端；24，第二kf法兰的kf端。

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。

本申请提供一种高温退火设备，包括隔离壁、工艺管和红外测温装置，工艺管置于隔离壁围成的腔体中，红外测温装置包括石墨护管、红外温度计、第一kf法兰、第二kf法兰和吹气组件，红外温度计置于隔离壁外侧并用于检测工艺管的温度，其中：第一kf法兰的非kf端设置于隔离壁的侧孔中，kf端位于隔离壁外侧，第一kf法兰和第二kf法兰密封固定；石墨护管设置于第一kf法兰中，并延伸到隔离壁的内壁；红外温度计设置于第二kf法兰中，红外温度计发出的检测信号通过石墨护管垂直照射于被测对象；吹气组件设置于第二kf法兰的侧壁，第二kf法兰上设置有通气结构，通气结构用于连通石墨护管和吹气组件的气路。

本领域技术人员可以理解的是，除非根据上下文明确得出其他含义，否则本申请中的术语“内侧”指朝向隔离壁所围出的腔体中心一侧、“外侧”指远离腔体中心一侧；“内壁”、“外壁”以及“内层”、“外层”均与“内侧”、“外侧”相对应。

本申请采用石墨护管围出光路，并设置吹气管，其可吹入气体以吹扫光路，确保光路干净，从而实现准确测量。本申请还采用kf法兰，便于定位红外温度计和石墨护管的相对位置，使光路垂直于被测对象照射点的切面，进一步确保了测量的准确性。此外kf法兰还具有密封性好以及拆卸简便、成本低的优势。

在一个示例中，通气结构包括锥形孔和通气孔：锥形孔设置在第二kf法兰的kf端，锥形孔的大口端朝向石墨护管，小口端朝向红外温度计；通气孔的一端设置在锥形孔的锥面上，另一端连接至吹气组件的气路。通过锥形孔向光路吹扫气体，便于得到均匀平稳的气流，提升吹扫效果。

在一个示例中，通气孔包括锥形孔段和圆柱孔段：锥形孔段的大口端设置在锥形孔的锥面上，小口端与圆柱孔段的一端连接，圆柱孔段的另一端连接至吹气组件的气路。类似地，通气孔采用这种分段式并且出口侧为锥形孔的结构，也是为了使气流更为均匀平稳，提升吹扫效果。

在一个示例中，隔离壁包括多层，红外测温装置还包括定位套，定位套的一端插入第一kf法兰，另一端插入隔离壁的内层，定位套的外径与第一kf法兰间隙配合，石墨护管插入定位套内。在隔离壁为多层的情况下，相邻层间可能发生相对位移，错位会导致石墨护管被剪断，从而阻断光路。通过设置定位套可起到保护石墨护管的作用，防止石墨护管被剪断。

在一个示例中，隔离壁包括两层，外层为炉筒，内层为炉筒内层的保温层；第一kf法兰的kf端设置于炉筒的侧孔中。例如，炉筒可以为带夹层冷却水的双层炉筒；保温层可以是软质保温层，以便于定位套和石墨护管穿过。本领域技术人员可根据需要设计合适的炉筒和保温层，本申请对此不作限定。

在一个示例中，红外测温装置还包括固定螺套、锁紧螺母，红外温度计通过固定螺套和锁紧螺母设置于第二kf法兰中。固定螺套内外均有螺纹，固定螺套安装于第二kf法兰，红外温度计螺装在固定螺套内，并通过锁紧螺母锁紧。

在一个示例中，红外测温装置还包括密封圈、观察窗和垫圈，密封圈、观察窗和垫圈依次置于第二kf法兰的kf端和红外温度计之间，并通过固定螺套压紧。密封圈可进一步提高红外测温装置的真空密封性，防止外界空气进入隔离壁围成的腔体。观察窗可以是石英玻璃观察窗，不阻碍光路。在压紧固定螺套时，会挤压观察窗，垫圈可保护观察窗，防止观察窗被压裂。密封圈可以为氟橡胶材质，氟橡胶可耐高温，尤其适用于高温密封。垫圈可以是ptfe垫圈，其具有耐高温、耐腐蚀、价格低等优点。

在一个示例中，红外测温装置还包括kfo形环、kf中心圈和kf卡箍，kfo形环、kf中心圈和kf卡箍密封固定第一kf法兰和第二kf法兰，从而实现良好的固定与密封。kfo形环可以为氟橡胶材质。

在一个示例中，石墨护管的内径范围为6mm～10mm。本申请的发明人经过深入研究发现，石墨护管的内径如果太小，则检测信号无法通过，影响测量准确性；如果内径太大，则会造成高温加热炉的热量散失。在大量研究和反复试验后，发明人认为6mm～10mm的内径范围既可确保检测信号通过、又满足热量散失尽可能少的要求。

具体地，在测温时：红外温度计发射的检测信号通过石墨护管垂直照射于工艺管，并收集工艺管的红外辐射能量，以检测工艺管的温度；吹气组件通过通气结构向石墨护管吹入惰性气体以清扫光路。吹入惰性气体可在实现吹扫光路目的的同时，避免因空气进入而破坏高温退火设备的密封性。

实施例

图1显示根据申请实施例的安装在高温退火设备上的结构示意图。如图所示，该高温退火设备中心为物料加热腔室19，工艺管1环绕其周围设置。工艺管1外侧为真空高温加热腔室20，真空高温加热腔室20通常采用石墨加热器加热。真空高温加热腔室20外侧即为隔离壁。本实施例中，隔离壁包括炉筒3和炉筒内侧的保温层2，炉筒3为带夹层冷却水的双层炉筒。在对物料(诸如sic工艺片等)进行高温退火时，物料被置于物料加热腔室19内。置于真空高温加热腔室20中的石墨加热器工作，使高温加热腔室20内温度升高，工艺管1的温度随之升高，从而为物料加热腔室20提供热量以对物料进行工艺处理。

第一kf法兰5焊接在炉筒3的侧孔中，并保证该法兰的端面垂直于炉筒3径向，法兰内部插入定位套6。定位套6外径与第一kf法兰5间隙配合，一端卡在第一kf法兰5的kf端23，另一端带尖角，以便插入保温层2内。保温层2由软质填充料填充形成。石墨护管4插入定位套6内，其一端卡在定位套6内，另一端穿过整个保温层2，并延伸到保温层2的内壁。定位套6可防止因保温层2意外错位而导致石墨护管4被剪断，使红外测温装置的结构更为稳定可靠。石墨护管4的内径在6mm～10mm的范围内，在确保检测光斑通过的同时，尽量减少热量散失。

第二kf法兰15通过kfo形环7、kf中心圈8以及kf卡箍18等kf组件与第一kf法兰5密封连接并定位。o形环7为氟橡胶材料制备，可耐高温。

固定螺套12内外均带螺纹，红外温度计13螺装在固定螺套12内，并通过锁紧螺母14锁紧。o形密封圈9、石英观察窗10和ptfe垫圈11如图依次放置在第二kf法兰15内，并通过固定螺套12压紧。o形密封圈9为氟橡胶材料制备。

吹气组件设置于第二kf法兰15的侧壁。吹气组件包括vcr套筒17和vcr螺母16。vcr螺母16套在vcr套筒17上。

第二kf法兰15上设置有通气结构，该通气结构用于连通吹气组件17和石墨护管4之间的气路。通气结构包括锥形孔21和通气孔22。锥形孔21设置在第二kf法兰15的kf端24，其大口端朝向石墨护管4，小口端朝向红外温度计13。如图所示，通气孔22又包括锥形孔段和圆柱孔段，锥形孔段的大口端设置在锥形孔21的锥面上，小口端与圆柱孔段的一端连接，所述圆柱孔段的另一端与吹气管17连通。这种通气结构便于得到均匀平稳的气流。

在测温时，通过vcr套筒17通入的氩气穿过锥形面进入石墨护管4，形成平稳的气流，从而吹扫光路，防止浮尘颗粒干扰测温，保持光路洁净。

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。