CN104674195A - 用于cvd反应器的基座的加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加热尤其CVD反应器的基座的设备，具有第一加热件(1.1)和第二加热件(1.2)，其中，每个加热件(1.1、1.2)具有由加热丝(8)构成的加热机构(2.1、2.2)，其中，加热机构(2.1、2.2)位于加热面(H1、H2)中，并且具有接触件(3.1、4.1、3.2、4.2)的加热机构(2.1、2.2)的端部分别与接触板(5、6)相连接，接触件(3.1、3.2、4.1、4.2)如此并排安置在接触面(K1、K2)中，使得加热件(1.1、1.2)在接触板(5、6)之间电气并联。为了提高加热设备的使用寿命，在此建议，加热机构(2.1、2.2)是等长的并且具有相同的电阻，第二加热件(1.2)的接触件(3.2、4.2)相互间具有间距(A2)，该间距(A2)小于第一加热件(1.1)的接触件(3.1、4.1)的间距(A1)，并且第二加热件(1.2)的接触件(3.2、4.2)比第一加热件(1.1)的接触件(3.1、4.1)更短。

Description

用于CVD反应器的基座的加热装置
技术领域
本发明涉及一种用于加热尤其CVD(化学气相沉积)反应器的基座的设备，具有至少一个第一加热件和至少一个第二加热件，其中，每个第一和第二加热件具有由一条或多条加热丝构成的加热机构，其中，所述加热机构位于一个或多个相互平行的加热面中，并且具有横向于所述一个或多个加热面延伸的接触件的加热机构的端部与位于一个或多个相互平行和平行于加热面的接触面中的接触板相连接，其中，所述接触件如此并排安置在所述一个或多个接触面中，使得所述加热件在所述接触板之间电气并联。
背景技术
在CVD反应器中，处理室位于相对于周围环境气密封闭的反应器壳体内，处理气体通过进气机构被导入处理室内。基座位于处理室内，该基座被加热装置加热。例如由硅或第III主族和第V主族元素材料制成的待涂覆的基板位于基座的上侧。在基板的上表面上，沉积半导体层、尤其第III主族和第V主族元素构成的半导体层。这在大于1000℃的温度时实现。为了达到处理温度所需的热量由加热装置提供。因为进气机构被主动冷却并且基座密封地相邻，所以在基座和进气机构之间形成陡峭的温度梯度。由于该温度梯度，从基座至进气机构的冷却设备产生巨大的热流。为了能够达到所需的处理温度，加热装置必须将温度加热到2000℃并且输送足够的热功率。
在DE102009043960A1、DE10329107A1、DE102006018515A1、DE102007009145A1、DE102005056536A1或DE102007027704A1中描述了一种具有加热装置的CVD反应器。在DE2630466A1或US3,345,498中所描述的加热装置具有加热件，该加热件在加热面中沿螺旋线延伸。US7,573,004描述了一种在加热面内沿圆弧线延伸的加热件。
在用于CVD反应器的加热装置中，至少两个加热机构并排延伸。加热机构通过其连接触头与同一个接触板相连接。这通过接触件实现。由此，加热件电气并联。加热件如此紧密地并排延伸，使得它们在加热时由于热运动可能相触碰。如果加热件在碰触点上具有电位差，则在此会导致局部过热或形成电弧。这会造成加热件的损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提高加热设备的使用寿命。
所述技术问题通过按照本发明的一种用于加热尤其CVD反应器的基座的设备得以解决。
按照本发明，并排延伸的加热机构被设计为等长的、相互不同的、电气并联的加热件。此外，加热机构在电气或机械方面也被设计为相同的。例如，加热机构可以具有一个或多个螺旋形状延伸的加热丝，该加热丝具有相同的电阻。所述加热丝安置在加热面中。相互不同的加热件的接触件具有相互不同的间距。由此，第二加热件的接触件的相互间距比第一加热件的接触件的间距小。按照本发明还规定，第二加热件的接触件比第一加热件的接触件短。所述加热丝具有比接触件至少大10倍的单位长度电阻，所述接触件优选被设计为厚壁的接触销。接触件具有横向于加热面或接触面延伸的延伸方向。一个或多个接触板在接触面内延伸。由一条或多条加热丝构成的加热机构在一个或多个相互平行延伸的加热面内延伸。在优选设计方案中，具有比第一加热件的接触件更小间距的加热机构的端部至少在加热面和接触面之间的空隙内延伸。可以设置一个或多个第三或第四加热件。第三和第四加热件同样具有由一条或多条加热丝构成的加热机构。加热机构的端部通过横向于一个或多个加热面延伸的接触件、优选接触销，与一个或多个相互平行且相对加热面平行的接触面相连接。第三和/或第四加热件与第一和第二加热件电气并联。第一至第四加热件的所有加热机构优选是等长的并且也具有相同设计。它们尤其具有相同的电阻。在加热机构上，在相同的部段上施加相同的电压。由此，加热件在可能的碰触位置上设有一致的电位，使得在加热件之间在碰触位置上不会形成无功电流。第三和第四加热件具有接触件，该接触件具有比第二加热件的接触件更小的间距。第三加热件和第四加热件的加热机构具有横向于相应加热面沿接触面的方向突出的端部部段，该端部部段具有一个长度，该长度大于第一和第二加热件的加热机构的端部部段的长度。加热机构的端部部段具有一个长度，该长度基本上等于所属接触件与相邻的属于同一个加热件的接触件的间距、该加热件的接触件也相互间隔。接触件的长度基本与加热机构的端部部段的长度和所属加热面的位置相关。尤其规定，基本垂直于加热面延伸的端部部段与所属接触件的延伸方向平齐地连接着接触件的端侧。接触件的相对置的端侧与接触板相连接。接触板可以位于统一的水平面上并且在统一的接触面中。但是还规定，接触板安置在平行平面中，即沿着横向于平面延伸的方向相互间隔。
特别优选的是，在接触板之间电气并联的所有加热机构具有相同的长度和相同设计的加热机构，其中，加热件的加热机构通过其端部部段伸入配属于相应加热件的加热面和配属于相应接触件的接触面之间的间隙中，所述加热件的接触件彼此间的间距比第一加热件的接触件的间距更小，在所述端部部段上连接着接触件。所有加热机构可以在不同的加热面内延伸。加热机构在加热面内尤其沿圆弧线或螺旋弧线延伸。但还可行的是，相互不同的加热件的一个或多个加热机构在共同的加热面内延伸。尤其规定，所有加热机构在共同的加热面内延伸。但是备选地也可以规定，所有加热机构在彼此不同的加热面内延伸。加热机构的伸入间隙内的端部部段的长度优选等于所属接触件至第一加热件的接触件的距离。相对地，所有其它加热件与第一加热件的接触件在最远端相互间隔。加热机构可以如此并排地延伸并且如此通过其所属的接触件与接触板相连接，使得当在接触件上施加加热电压时，在最可能的碰触位置上设有相同的电位。加热丝可以由钨丝制成。该加热丝被设置为螺旋线形状。由此产生的长形的加热机构在加热面内尤其沿弧线延伸。所述设备具有基本上圆形的平面图或基础轮廓。所述设备可以具有多个相互电气分离的加热装置。由此，尤其设置有圆盘形状的中心加热装置，该加热装置被第一环形加热装置环绕，所述第一环形加热装置再次被第二环形加热装置环绕。
附图说明
以下结合附图对本发明的实施例进行说明。在附图中：
图1示出CVD反应器的结构示意图；
图2示出由三个加热区14、15、16构成的加热器的俯视图，该加热器尤其具有三个加热装置14、15、16；
图3示出沿箭头III的方向观察图2所示加热器所得的侧视图；
图4示出沿图2中的箭头IV的方向观察图2中的径向最外侧的加热装置14所得的立体图；
图5示出加热件装置的两个接触区的示图，其中加热件1.1、1.2、1.3、1.4按照本发明的方式设计并且设有按照本发明的接触件3.1、3.2、3.3、3.4；
图6示出加热件1的第一实施例，其中接触件3与单螺旋线圈2的端部部段7相连接；和
图7示出加热件7的第二实施例，其中加热机构2被设计为双螺旋线圈。
具体实施方式
图1至4首先并且基本上用于显示这种类型的设备。在这些附图中，以下发明解决了所述技术问题。
图1大致示意地示出CVD反应器10的一些基本的部件。CVD反应器10具有向外气密封闭的壳体。具有以淋浴头形式安置的排气口的进气机构11位于壳体内，该排气口朝向处理室13的方向。一种或多种相互不同的处理气体可以通过进气机构11的排气口被导入处理室13中。处理室13的底板由例如有涂层的石墨制成的基座12构成，在基座12的朝向处理室13的上侧上安置有一个或多个基板，该基板应被涂覆有单晶的半导体层。由多个加热装置14、15、16构成的加热器位于基座12的下面，该加热装置通过被提供电能而产生热量，基座12通过该热量提高处理温度。
图2示出在图1中仅示意示出的由加热装置14、15、16构成的加热器的俯视图。具有多个加热件的圆盘形状的加热装置16位于中心，这些加热件螺旋地被安置在单一的加热平面内。
中心加热装置16被在中间的加热装置15环绕，该加热装置15同样具有多个加热件，该加热件在共同的加热平面内在螺旋曲线上延伸。位于最外侧的加热件仅能在更远的加热面上延伸。
位于径向最外侧的加热装置14是环形并且具有在圆形曲线上延伸的加热件1。该加热件1是电气并联的。分别总共设置五个加热件，这些加热件分别在约三分之一的圆形弧线上延伸。加热件1的端部分别与彼此不同的接触板5、6相互连接。在接触板5、6上，加热件1被通电。接触板5、6在彼此间隔的接触面K1、K2中延伸。在图3和4中，接触件3、4被显示为接触销，其分别具有统一的长度。单个加热件1.1、1.2、1.3、1.4、1.5借助各个相同长度的接触件3、4与接触板5、6相连接。加热件1.1、1.2、1.3、1.4、1.5分别具有加热机构2.1、2.2、2.3、2.4、2.5，这些加热机构由未详细示出的螺旋弯曲的钨丝构成。在图1至4中，加热机构2.1至2.5仅通过简略图未示出螺旋走向的结构，而是显示为圆柱形结构。螺旋形状的钨丝在圆柱形结构中延伸。相互不同的加热件1.1至1.5的单个接触件3、4具有彼此不同的间距。因此，在加热机构2.1至2.5的不同的圆周位置上释放不同的电压。当相互不同的加热机构2.1至2.5的各个加热丝在加热时出现相对的热变形的情况下，由此可能会在此处流动局部的无功电流。因此，在触碰部位上可能会造成局部的过热。在触碰部位上可能构成电弧。
为了避免这种局部的温度峰值，本发明建议，各个加热机构2.1至2.5被设计为相同的。加热机构2.1、2.5尤其是相同长度的、螺旋成型的加热丝。它们在其长度上具有相同的电阻，使得在并联状态下通过它们流动相同的电流。还规定，在接触位置上安置的接触件3、4具有不同的长度。接触件的长度与加热件1的接触件3的间距有关。加热件的接触件3、4相互间距越远，则接触件3、4越长。所述接触件能是一种圆柱形的销，其横向于接触面K1、K2或横向于加热面H1、H2、H3、H4延伸。
以下根据图5详细阐述本发明。图5示出两个接触板5、6，在该接触板上设置有不同的电位。在图5中，这些接触板配属于两个相互间隔的接触面K1和K2。但还可行的是，接触板5、6位于共同的接触面K1中。在任何情况下，这些接触板5、6电流上相互分离。
图5示出一共四个加热件1.1、1.2、1.3、1.4。这些加热件分别在加热面H1、H2、H3、H4上延伸。加热面H1、H2、H3、H4平行于两个接触面K1、K2延伸。在加热面H1、H2、H3、H4中，加热件1.1至1.4的加热机构2.1、2.2、2.3、2.4分别在圆弧线上延伸，如图2至4所示。根据简化图所示，加热机构2.1至2.4仅在彼此不同的加热面H1、H2、H3、H4上被示出。但是，彼此不同的加热件1.1至1.4的加热机构2.1至2.4也可以在同一个加热面中延伸。
加热机构2.1至2.4通过其端部部段7.1、7.2、7.3、7.4分别通过圆柱销形状的接触销3.1、3.2、3.3、3.4或4.1、4.2、4.3、4.4与两个接触板5、6之一电气连接。加热机构2.1至2.4的长度是相同的。该长度分别由在所属加热面H1、H2、H3、H4中延伸的相应加热机构2.1至2.4的部段和两个端部部段7.1至7.4的长度所组成。端部部段7.1至7.4垂直于所属加热面H1、H2、H3、H4、沿着接触面K1、K2的方向延伸。端部部段7.1至7.4的延伸方向与接触销3.1至3.4或4.1至4.4的延伸方向平齐。
第一加热件1.1的接触销3.1、4.1彼此间隔最远。该间距被标记为A1。所配属的接触销3.1、4.1比其余的加热件1.2至1.4的接触销3.2至3.4或4.2至4.4更长。第一加热件1.1的端部部段7.1相对于其它的端部部段更短。
相对具有更短间距A2至A4的接触件3.2至3.4或4.2至4.4具有比接触件3.1、4.1更短的长度。最短的接触件3.4、4.4属于加热件2.4，该加热件2.4的横向于加热面H4延伸的端部部段7.4是最长的，并且其间距A4小于其余接触件3.1至3.3或4.1至4.3的间距A1、A2、A3。
加热件1.2至1.4的加热螺旋线圈2.2至2.4的端部部段7.2至7.4具有一个长度，该长度等于所配属的接触件3.2、3.3、3.4、4.2、4.3、4.4与具有最短端部部段7.1的加热件的相应接触件3.1、4.1的间距，加热件1.2至1.4的接触件3.2至3.4、4.2至4.4相互间具有比加热件1.1的接触件3.1、4.1更小的间距A2、A3、A4，加热件1.1的加热螺旋线圈2.1具有最短的端部部段7.1。至相应最外侧的接触件3.1、4.1的间距差确定了端部部段7.2至7.3的长度的尺寸，并且后者连同加热螺旋线圈2.1至2.4的高度确定了接触件3.1至3.4或4.1至4.4的长度。
标记为9的加热丝支架由金属制成。加热丝支架9在相应的圆周位置上支承全部的四个加热件，在该圆周位置上在加热机构2.1至2.4上分别施加相同的电压，使得通过加热丝支架9不会流过无功电流。
在图5中依据简略图通过两条平行延伸的线示出加热机构2.1至2.4。在图6中以螺旋线形状延伸的加热丝8的形式示出加热机构2的第一优选设计方案。图6示出单一的、螺旋线形状弯曲的加热丝8。但是还规定，整体上螺旋线形状地设置两条或三条加热丝8。图7示出具有双股螺旋线圈的相关的特别优选的设计方案。
加热机构2或加热丝8的每个单位长度的电阻比接触件3、4的每个单位长度的电阻大至少10倍。接触件3、4优选是具有足够大直径的圆柱销，使得在每个接触销3、4的轴向长度上仅施加微小的电压。由此，虽然接触销3、4的轴向长度不同，但是在接触销3、4的固定有加热机构2.1至2.4的端面上却设置有相同的电位。在加热机构2的空心的螺旋线圈中插入接触销3的直径变小的接触部段。
前述实施方式用于阐述由本申请中获得的本发明，其至少通过以下技术特征组合相应独立地改进现有技术，即：
一种设备，其特征在于，加热件1.1、1.2的加热机构2.1、2.2是等长的并且结构设计相同，第二加热件1.2的接触件3.2、4.2具有更小的间距A2并且比第一加热件1.1的接触件3.1、4.1更短。
一种设备，其特征在于，至少一个第三和/或第四加热件1.3、1.4具有由一条或多条加热丝构成的加热机构2.3、2.4，具有横向于一个或多个加热面H1、H2、H3、H4延伸的接触件3.3、3.4、4.3、4.4的加热机构2.3、2.4的端部与位于一个或多个相互间且相对于加热面H1、H2、H3、H4平行的接触面K1、K2中的接触板5、6相连接，其中，第三和/或第四加热件1.3、1.4与第一和第二加热件1.1、1.2在接触板5、6之间电气并联，其中，第三和/或第四加热件1.3、1.4的加热机构2.3、2.4是等长的并且设计得与第一和第二加热件1.1、1.2的加热机构2.1、2.2一样，其中，第三和/或第四加热件1.3、1.4的接触件3.3、3.4、4.3、4.4相互间具有更小的间距A3、A4并且比第二加热件1.2的接触件3.2、4.2更短。
一种设备，其特征在于，所有在接触板5、6之间电气并联的加热机构2.1、2.2、2.3、2.4是等长的并且具有相同的设计，其中加热件1.2、1.3、1.4的加热机构2.2、2.3、2.4通过其端部部段7.2、7.3、7.4伸入配属于相应加热件的加热面H1、H2、H3、H4和配属于相应接触件的接触面K1、K2之间的间隙中，加热件1.2、1.3、1.4的接触件3.2、3.3、3.4、4.2、4.3、4.4彼此间的间距比第一加热件1.1的接触件3.1、4.1的间距更小，在端部部段7.2、7.3、7.4上连接着接触件3.2、3.3、3.4、4.2、4.3、4.4。
一种设备，其特征在于，加热机构2.2、2.3、2.4的伸入间隙中的端部部段7.2、7.3、7.4的长度等于所属的接触件3.2、3.3、3.4、4.2、4.3、4.4至第一加热件1.1的接触件3.1、4.1的距离。
一种设备，其特征在于，加热机构2.1、2.2、2.3、2.4如此并排延伸并且如此通过配属于它们的接触件3.1、3.2、3.3、3.4、4.1、4.2、4.3、4.4与接触板5、6相连接，使得当在接触件上施加加热电压时，并排设置的加热机构2.1、2.2、2.3、2.4由于热变形而相互碰触的碰触位置处在相同的电位上。
一种设备，其特征在于，加热丝8由设置为螺旋线形状的钨丝构成，其中，尤其两条或三条钨丝相互平行延伸。
一种设备，其特征在于，加热机构2.1、2.2、2.3、2.4在相应的加热面H1至H4中沿弧线延伸。
一种设备，其特征在于，所述设备具有基本上圆形的平面图或基础轮廓。
所有公开的特征(本身及其相互组合)都有发明意义或发明价值。在本申请的公开文件中，所属/附属的优先权文本(在先申请文件)的公开内容也被完全包括在内，为此也将该优先权文本中的特征纳入本申请的权利要求书中。从属权利要求的特征都是对于现有技术有独立发明意义或价值的改进设计，尤其可以这些从属权利要求为基础提出分案申请。
附图标记列表
1      加热件
2      加热机构
3      接触件
4      接触件
5      接触板
6      接触板
7      端部部段
8      加热丝
9      加热丝支架
10     CVD反应器
11     进气机构
12     基座
13     处理室
14     加热装置
15     加热装置
16     加热装置

Claims (9)

1.一种用于加热尤其CVD反应器的基座的设备，具有至少一个第一加热件(1.1)和至少一个第二加热件(1.2)，其中，每个加热件(1.1、1.2)具有由一条或多条加热丝(8)构成的加热机构(2.1、2.2)，其中，所述加热机构(2.1、2.2)位于共同的加热面中或多个相互平行的加热面(H1、H2)中，并且具有横向于所述加热面(H1、H2)延伸的接触件(3.1、4.1、3.2、4.2)的所述加热机构(2.1、2.2)的端部分别与位于平行于所述加热面(H1、H2)的接触面(K1、K2)中的接触板(5、6)相连接，其中，所述接触件(3.1、3.2、4.1、4.2)如此并排安置在所述接触面(K1、K2)中，使得所述加热件(1.1、1.2)在所述接触板(5、6)之间电气并联，其特征在于，所述加热件(1.1、1.2)的加热机构(2.1、2.2)是等长的并且具有相同的电阻，所述第二加热件(1.2)的接触件(3.2、4.2)相互间具有间距(A2)，该间距(A2)小于所述第一加热件(1.1)的接触件(3.1、4.1)的间距(A1)，并且所述第二加热件(1.2)的接触件(3.2、4.2)比所述第一加热件(1.1)的接触件(3.1、4.1)更短。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个第三和/或第四加热件(1.3、1.4)具有由一条或多条加热丝构成的加热机构(2.3、2.4)，具有横向于加热面(H1、H2、H3、H4)延伸的接触件(3.3、3.4、4.3、4.4)的所述加热机构(2.3、2.4)的端部分别与接触板(5、6)相连接，其中，所述第三和/或第四加热件(1.3、1.4)与所述第一和第二加热件(1.1、1.2)在所述接触板(5、6)之间电气并联，其中，所述第三和/或第四加热件(1.3、1.4)的加热机构(2.3、2.4)是等长的并且设计得与所述第一和第二加热件(1.1、1.2)的加热机构(2.1、2.2)一样并且具有相同的电阻，其中，所述第三和/或第四加热件(1.3、1.4)的接触件(3.3、3.4、4.3、4.4)相互间具有更小的间距(A3、A4)，并且所述第三和/或第四加热件(1.3、1.4)的接触件(3.3、3.4、4.3、4.4)比所述第二加热件(1.2)的接触件(3.2、4.2)更短。
3.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所有在所述接触板(5、6)之间电气并联的加热机构(2.1、2.2、2.3、2.4)具有等长的并且电气方面设计相同的加热机构(2.1、2.2、2.3、2.4)，其中，所述加热件(1.2、1.3、1.4)的加热机构(2.2、2.3、2.4)通过其端部部段(7.2、7.3、7.4)伸入配属于相应加热件的加热面(H1、H2、H3、H4)和配属于相应接触件的接触面(K1、K2)之间的间隙中，所述加热件(1.2、1.3、1.4)的接触件(3.2、3.3、3.4、4.2、4.3、4.4)彼此间的间距比所述第一加热件(1.1)的接触件(3.1、4.1)的间距更小，所述接触件(3.2、3.3、3.4、4.2、4.3、4.4)连接在所述端部部段(7.2、7.3、7.4)上。
4.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述加热机构(2.2、2.3、2.4)的伸入所述间隙中的端部部段(7.2、7.3、7.4)的长度等于所属的接触件(3.2、3.3、3.4、4.2、4.3、4.4)至所述第一加热件(1.1)的接触件(3.1、4.1)的距离。
5.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述加热机构(2.1、2.2、2.3、2.4)如此并排延伸并且如此通过配属于所述加热机构的接触件(3.1、3.2、3.3、3.4、4.1、4.2、4.3、4.4)与所述接触板(5、6)相连接，使得当在所述接触件上施加加热电压时，并排设置的加热机构(2.1、2.2、2.3、2.4)由于热变形而可能相互碰触的触碰部位处于相同的电位上。
6.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述加热丝(8)由至少一条设置为螺旋线形状的钨丝构成。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，两条或三条钨丝相互平行延伸。
8.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述加热机构(2.1、2.2、2.3、2.4)在相应的加热面(H1至H4)中沿弧线延伸。
9.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述设备具有基本上圆形的平面图或基础轮廓。
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