CN103774238A - 热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体处理装置，公开了一热处理装置，包括热处理加热结构、第二保温部、第三保温部及外壳，其中：热处理加热结构包括第一保温部及加热部，第一保温部环绕待加热样品形成一加热腔，加热部部分嵌入所述第一保温部内，加热部朝向待加热样品的一侧裸露。本发明提供的热处理装置包括置于内层的第一保温部、置于外层的第二保温部、以及置于顶部的第三保温部，具有全方位的良好保温性能，且该热处理装置包括多个长度可根据需求灵活定义的热处理加热结构，在简化热处理装置成型制作过程、提高热处理装置生产效率的同时，还可通过对各热处理加热结构的分别控制实现分段控温，提高了热处理装置的热处理质量和效率。

Description

热处理装置

技术领域

本发明涉及热处理技术领域，特别涉及一种半导体晶圆立式热处理装置。

背景技术

在半导体生产中，晶圆的热处理装置起着重要作用，工艺过程中，晶圆放置在热处理装置内的晶圆支撑装置上，通常在晶圆与热处理装置之间还设置有石英管，用来将晶圆与热处理腔室分开。热处理装置主要由加热丝和保温材料构成，加热丝用来给晶圆加热，以完成工艺，保温材料则起着绝热的作用，将热处理装置内部的热与外部隔绝开，以保证环境温度不过高，同时对热处理装置的能耗及控温效果都有着不同程度的影响作用。

加热部通过不同的方式固定在热处理装置内部，例如，通过支撑架固定在热处理装置的顶部，或者通过机械构件固定在保温层中。

图1为现有技术中加热部与绝热部件固定的结构示意图。

中国专利CN102842523A公开了一种热处理装置，如图1所示，加热部18沿绝热部件16的内周面配置，绝热部件16具有平滑的内周面。在所述绝热部件16的内周面16a上设有防脱用的谷部支承销构件20a和防倾倒用的峰部支承销构件20b。所述谷部支承销构件20a及峰部支承销构件20b分别与加热部18的谷部18a及峰部18b连接，用于将加热部18固定在绝热部件16上并防止加热部18向绝热部件16倾倒。

此外，中国专利CN102383112A也公开了一种热处理装置，该热处理装置包括：上表面和侧面形成为一体、且在下表面开口的筒状的反应管，环绕反应管且用于对该反应管的内部进行加热的加热器，以及设于加热器的外周、以覆盖反应管的上表面的周围和反应管的侧面的真空绝热层形成体。所述加热器及真空绝热层形成体被反应管底部凸缘支撑。

然而，上述现有的热处理装置中，加热丝及保温材料的结构复杂且制造成本较高，热处理装置的生产效率也难以满足目前半导体生产的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种热处理装置，其结构简单，能够简化热处理装置的制作过程，提高热处理装置的生产效率。

为了解决上述问题，本发明提供了一热处理装置，该装置包括热处理加热结构、第二保温部、第三保温部及外壳，其中：所述热处理加热结构包括第一保温部及加热部，所述第一保温部为空心结构，环绕待加热样品形成一加热腔，其特征在于，所述加热部部分嵌入所述第一保温部内并与之固定，所述加热部朝向待加热样品的一侧裸露，以加热所述待加热样品；所述热处理加热结构为一个或多个，沿所述加热腔轴向依次叠加放置；

所述第二保温部环绕所述叠加放置的热处理加热结构并覆盖其外表面；

所述第三保温部置于所述热处理装置的顶部，以实现热处理装置顶部的保温；

所述外壳环绕所述第二保温部并覆盖其外表面。

作为可选择的技术方案，所述第三保温部包括沿加热腔轴向依次设置的保温层、夹层及保温盖板，所述保温盖板与所述热处理装置的外壳扣合。

作为可选择的技术方案，所述第一保温部为真空成型的保温块，所述第一保温部与所述加热部一体成型。

作为可选择的技术方案，所述第一保温部内壁设置有若干凹槽，所述加热部设置于所述凹槽内。进一步地，所述凹槽为沿所述加热腔轴向方向的长条形结构，均匀分布在所述第一保温部内壁。进一步地，所述凹槽长度小于所述第一保温部长度，所述凹槽宽度小于或等于相邻两凹槽之间的间距。

作为可选择的技术方案，所述加热部包括若干螺旋状的加热丝，所述加热丝置于所述凹槽内。进一步地，相邻的加热丝通过连接部连接在一起，所述连接部嵌入所述第一保温部，以将所述加热部固定在所述第一保温部上。进一步地，所述连接部与所述加热丝材质相同。进一步地，所述连接部位于所述加热丝两端，且相邻的连接部交错的位于所述加热丝的上下两端。

作为可选择的技术方案，该热处理装置还包括顶部保温块、顶部金属环及底部金属环，其中：所述顶部保温块置于所述热处理装置的顶部，其环绕热处理装置顶部一周，所述第三保温部的保温层契合嵌入于所述顶部保温块内；所述顶部金属环置于所述顶部保温块外侧；所述底部金属环置于所述热处理装置底部；所述顶部金属环、底部金属环均与所述外壳连接在一起。

作为可选择的技术方案，所述第二保温部、第三保温部的夹层均为质软的保温棉。

作为可选择的技术方案，该热处理装置还包括一设置在热处理装置顶部的吊装结构，所述吊装结构置于所述顶部金属环上，并穿过所述保温盖板。

本发明提供的热处理装置中，所采用的热处理加热结构，将所述加热部嵌入所述第一保温部，使得所述加热部与所述第一保温部之间的安装固定不需要额外的辅助结构，简化了该热处理加热结构；而使用该加热结构的热处理装置，包括置于内层的第一保温部、置于外层的第二保温部、以及置于顶部的第三保温部，具有全方位的良好保温性能，且该热处理装置包括多个长度可根据需求灵活定义的热处理加热结构，在简化热处理装置成型制作过程、提高热处理装置生产效率的同时，还可通过对各热处理加热结构的分别控制实现分段控温，提高了热处理装置的热处理质量和效率。

附图说明

图1为现有技术中加热部与绝热部件固定的结构示意图；

图2为本发明提供的热处理装置中热处理加热结构示意图；

图3为本发明提供的热处理装置中热处理加热结构爆炸视图；

图4为本发明提供的热处理装置中热处理加热结构第一保温部结构示意图；

图5为本发明提供的热处理装置中热处理加热结构的加热部结构示意图；

图6为本发明提供的热处理装置爆炸视图；

图7为本发明提供的热处理装置剖面结构示意图；

图8为本发明提供的热处理装置中热处理加热结构叠加设置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

本发明提供的热处理装置200包括热处理加热结构100、第二保温部220、第三保温部260及外壳230。

图2为本发明提供的热处理装置中热处理加热结构示意图，图3为本发明提供的热处理装置中热处理加热结构爆炸视图。

如图2、图3所示，本具体实施方式提供的热处理加热结构100包括第一保温部101及加热部102。所述第一保温部101为中空结构，环绕所述待加热样品（附图中未标示）形成一加热腔103。所述加热部102部分嵌入所述第一保温部101内，与所述第一保温部101固定在一起，所述加热部102朝向待加热样品的一侧裸露，以加热所述待加热样品。作为可选实施方式，第一保温部101为圆柱形的中空结构，其剖面为圆环形。

在本具体实施方式中，所述待加热样品可以为半导体晶圆，所述半导体晶圆通过一晶圆支撑装置（附图中未标示）放置于所述加热腔103中，在所述半导体晶圆与所述加热腔103间设置一石英管（附图中未标示），以保护所述半导体晶圆。

作为可选实施方式，所述第一保温部101为由耐火隔热材料通过真空成型形成的保温块，所述保温块经过成型固化后，其表面做硬化处理，使得保温块强度较高。在保温块成型的同时，将加热部102置于成型装置中，所述加热部102与所述第一保温部101成型在一起，形成一体成型结构。固化后，所述加热部102便直接嵌入第一保温部101内，所述第一保温部101对加热部102起到固定支撑的作用。因此，本具体实施方式中，所述加热部102与所述第一保温部101之间的安装固定不需要额外的辅助结构。

图4为本发明提供的热处理加热结构第一保温部结构示意图。

本具体实施方式中，如图3、图4所示，所述第一保温部101内壁设置有凹槽104，所述加热部102即设置于所述凹槽104内，以节省所述加热腔103的空间，从而使得热处理加热结构100小型化。

作为最佳实施例，所述凹槽104为沿加热腔103轴向方向的长条形结构，均匀分布在所述第一保温部101内壁。所述凹槽104的长度略小于第一保温部101的高度，凹槽104的宽度小于或等于相邻两凹槽104之间的间隔。作为可选实施例，所述凹槽104可以在第一保温部101成型时同时形成，也可以在第一保温快101成型后再加工形成；所述凹槽104的宽度与相邻两凹槽104之间的间隔基本相当。

图5为本发明提供的热处理装置中热处理加热结构的加热部结构示意图。

本具体实施方式中，如图2、图3及图5所示，所述加热部102包括若干个螺旋状的加热丝105，所述一个加热丝105对应一个凹槽104，该包括若干个螺旋状加热丝105的加热部102绕所述加热腔103一周，从而实现较佳的加热效果和较高的热处理效率。

本具体实施方式中，相邻的两加热丝105通过一连接部106连接，所述连接部106位于靠近第一保温部101的一侧，并嵌入所述第一保温部101，以将所述加热部102固定在所述第一保温部101上。

作为可选实施方式，所述连接部106与所述加热丝105一体成型，所述连接部106也为加热丝，以将所述加热丝105连接为一整体。因此，所述加热部102不必每个加热丝105都通过外部线缆相连，加热部102最多只需引出两段连接线与外部线缆相连即可，从而简化所述加热部102与外部的连接，使得所述热处理加热结构100更加简单。作为最佳实施例，相邻的连接部106上下交错排列，以便于所述加热部102与第一保温部101的连接更加稳定。优选地，所述连接部106径向朝向第一保温部101突出，以便于所述加热部102更好地固定在所述第一保温部101中。

图6为本发明提供的热处理装置爆炸视图，图7为本发明提供的热处理装置剖面结构示意图。

如图6、图7所示，本具体实施方式提供的热处理装置200包括一个或多个上述热处理加热结构100，所述热处理加热结构100沿所述加热腔103轴向依次叠加设置，在本具体实施方式中，所述热处理装置200包括五个叠加设置的热处理加热结构，在本发明其他具体实施方式中，所述热处理装置200也可以包括其他数量的热处理加热结构100叠放组成，例如，二个或四个等。

图8为本发明提供的热处理加热结构叠加设置示意图。

如图8所示，本具体实施方式中，多个热处理加热结构100通过简单的堆积组装起来，装配简单。此外，本具体实施方式所采用的热处理加热结构100中，将加热部102嵌入所述第一保温部101，使得加热部102与所述第一保温部101之间的安装固定不需要额外的辅助结构，简化了热处理装置200的结构，也简化了热处理装置200的成型制作过程，提高了热处理装置200的生产效率。每个热处理加热结构100的长度可以不相同，根据设计和工艺需求，可制作不同长度的热处理加热结构100，工作中对热处理装置200中的各热处理加热结构100单独控制，可实现热处理装置200工作中的分段控温，这在制作和装配上都不会增加难度。

在本具体实施方式中，如图6、图7所示，所述热处理装置200还包括第二保温部220及外壳230，所述第二保温部220位于所述热处理加热结构100与外壳230之间，围绕并覆盖所述热处理加热结构100的外壁。在本具体实施方式中，所述第二保温部220为质软的保温棉，例如，塞拉毯；所述外壳230为金属外壳。本具体实施方式提供的热处理装置中，设置第二保温部220的优点在于：由于多个热处理加热结构100叠加组装后，在相邻的两个热处理加热结构100之间会存在安装缝隙，缝隙会带来额外的对流热损失，造成加热腔103内这一区域热场的不均匀，本具体实施方式通过在所述热处理加热结构100与外壳230之间设置第二保温部220，则可以解决这一问题。此外，由于真空成型的第一保温部101较硬，直接在叠加设置的热处理加热结构100外面安装与之接触并覆盖其外壁的外壳230，很容易对第一保温部101造成破坏，安装效果不佳，而通过在所述热处理加热结构100与外壳230之间设置第二保温部220，在进一步提高热处理质量和效率的同时，还可以改善外壳230的安装效果，提高热处理装置200的安装质量。

在本具体实施方式中，如图6、图7所示，所述热处理装置200还包括顶部保温块240、顶部金属环250及底部金属环（附图中未标示）。所述顶部保温块240设置在热处理装置200的顶部并环绕所述热处理装置200顶部一周。所述顶部金属环250设置在顶部保温块240外侧，所述底部金属环设置在热处理装置200的底部。所述外壳230与所述顶部金属环250及底部金属环焊接，以形成热处理装置200的外部构件。

在本具体实施方式中，如图6、图7所示，所述热处理装置200还包括第三保温部260，所述第三保温部260置于所述热处理装置200的顶部，以实现热处理装置200顶部的保温。所述第三保温部260包括沿加热腔103轴向依次设置的保温层601及保温盖板602。所述保温层601由保温材料真空成型制作而成，所述保温层601与所述顶部保温块240契合并嵌入至所述顶部保温块240内，以封闭所述热处理装置200。所述保温盖板602与所述热处理装置200的外壳230扣合，进一步封闭所述热处理装置200。在所述保温层601与所述保温盖板602间设置有一夹层603，所述夹层603为质软的保温棉，以便进一步对热处理装置200顶部保温。作为优选实施例，所述夹层603可以与所述保温盖板602连接为一体，且所述保温盖板602表面光亮，对电磁波具有一定的反射作用，能够更好的起到保温作用，提高热处理效率，降低热处理装置的工作能耗。

本具体实施方式中，热处理装置200设置第三保温部260的优点在于，根据热场的特性，受热的气流会上行，较冷的气流下降，形成对流，热量会不断的向上补充，这样，热处理装置200顶部会不断的有热量补充过来，如果顶部保温性较差，就会有大量的热量从这里散失掉，影响控温效果，同时加大了热处理装置200的能耗。为解决这一问题，本具体实施方式在热处理装置200的顶部设置第三保温部260，用来实现热处理装置200顶部的保温。

在本具体实施方式中，在所述热处理装置200的顶部还设置有一吊装结构（附图中未标示）。所述吊装结构置于所述顶部金属环250上，并穿过所述保温盖板602，可用于安装固定保温盖板602，同时也可用于热处理装置200的吊装搬运。

本具体实施方式提供的热处理装置200中，所采用的热处理加热结构100将所述加热部102嵌入所述第一保温部101，使得所述加热部102与所述第一保温部101之间的安装固定不需要额外的辅助结构，简化了该热处理加热结构100；而使用该加热结构100的热处理装置200，包括置于内层的第一保温部101、置于外层的第二保温部220、以及置于顶部的第三保温部260，具有全方位的良好保温性能，且该热处理装置200包括多个热处理加热结构100，在简化热处理装置200成型制作过程、提高热处理装置生产效率的同时，还可通过对各热处理加热结构100的分别控制实现分段控温，提高了热处理装置200的热处理质量和效率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种热处理装置，其特征在于，包括热处理加热结构、第二保温部、第三保温部及外壳，其中：

所述热处理结构包括第一保温部及加热部，所述第一保温部为空心结构，环绕待加热样品形成一加热腔，其特征在于，所述加热部部分嵌入所述第一保温部内并与之固定，所述加热部朝向待加热样品的一侧裸露，以加热所述待加热样品；该热处理装置中，所述热处理加热结构为一个或多个，沿所述加热腔轴向依次叠加放置；

所述第二保温部环绕所述叠加放置的热处理加热结构并覆盖其外表面；

所述第三保温部置于所述热处理装置的顶部，以实现热处理装置顶部的保温；

所述外壳环绕所述第二保温部并覆盖其外表面。

2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述第三保温部包括沿加热腔轴向依次设置的保温层、夹层及保温盖板，所述保温盖板与所述热处理装置的外壳扣合。

3.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述第一保温部为真空成型的保温块，所述第一保温部与所述加热部一体成型。

4.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述第一保温部内壁设置有若干凹槽，所述加热部设置于所述凹槽内。

5.根据权利要求4所述的热处理装置，其特征在于，所述凹槽为沿所述加热腔轴向方向的长条形结构，均匀分布在所述第一保温部内壁。

6.根据权利要求5所述的热处理装置，其特征在于，所述凹槽长度小于所述第一保温部长度，所述凹槽宽度小于或等于相邻两凹槽之间的间距。

7.根据权利要求4或5或6所述的热处理装置，其特征在于，所述加热部包括若干螺旋状的加热丝，所述加热丝置于所述凹槽内。

8.根据权利要求7所述的热处理装置，其特征在于，相邻的加热丝通过连接部连接在一起，所述连接部嵌入所述第一保温部，以将所述加热部固定在所述第一保温部上。

9.根据权利要求8所述的热处理装置，其特征在于，所述连接部与所述加热丝材质相同。

10.根据权利要求8或9所述的热处理装置，其特征在于，所述连接部位于所述加热丝两端，且相邻的连接部交错的位于所述加热丝的上下两端。

11.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，还包括顶部保温块、顶部金属环及底部金属环，其中：

所述顶部保温块置于所述热处理装置的顶部，其环绕热处理装置顶部一周，所述第三保温部的保温层契合嵌入于所述顶部保温块内；

所述顶部金属环置于所述顶部保温块外侧；

所述底部金属环置于所述热处理装置底部；

所述顶部金属环、底部金属环均与所述外壳连接在一起。

12.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，所述第二保温部和所述夹层均为质软的保温棉。

13.根据权利要求11所述的热处理装置，其特征在于，还包括一设置在热处理装置顶部的吊装结构，所述吊装结构置于所述顶部金属环上，并穿过所述保温盖板。

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