CN1317741C

CN1317741C - 半导体处理装置用电加热器

Info

Publication number: CN1317741C
Application number: CNB028281403A
Authority: CN
Inventors: 上森进; 蓝谷隆
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2022-11-25
Also published as: CN1620714A; US20050082281A1; AU2002368383A1; JPWO2004049414A1; WO2004049414A1; US7027722B2

Abstract

本发明的半导体处理装置用电加热器，其由多个区域构成，这些区域中的被放置高载荷的至少1个区域(例如：底区)的发热体为由二硅化钼制成的非金属电阻发热体，其余区域(例如：中间区和顶区)的发热体为由构成细直径过弯曲形状的金属电阻发热体。

Description

半导体处理装置用电加热器

技术领域

本发明涉及适用于对半导体晶片进行氧化、扩散、CVD等的热处理的装置的电加热器。

背景技术

以往，作为半导体晶片的批量式热处理装置用的电加热器，采用了金属电阻发热体(参见日本特开2001-267261号公报)或采用非金属电阻发热体(参见日本专利第3307924号公报)，这是众所周知的。

在日本特开2001-267261号公报中所记载的发明中，作为金属线使用铁·铬·铝系的材料制成的直径为1～3mm左右的被称之为细直径的康塔尔(商品名)线或同类材料。此外，还使用了采用线的直径为7～10mm左右被称之为粗直径的康塔尔电阻丝或同类材料的加热器。在使用以这些线材中的任一种康塔尔电阻丝或同类物作为发热体使用的加热器的场合，有时在加热器的温度达到1200℃时，发热体的温度最高可达1250～1300℃，由于发热体的温度超过1200℃时会发生蠕变而易造成损伤，因此，将使用该发热体的热处理装置的设定温度限制≤1200℃。此外，加热器的端区之一，例如在竖式炉的底区，由于有处理物的投入和取出或具有驱动部而造成隔热状态的恶化，因此，会出现容易造成载荷的增加、从而引起金属电阻发热体的变形或断线等的问题。

因此，通过采用日本专利第3307924号公报所记载的非金属电阻发热体，被认为能在比采用金属电阻发热体的加热器更高的温度下使用，但非金属电阻发热体价格高且脆而容易破损，因此，存在不仅初期成本高而且破损时的修理费用也高的问题。

发明内容

鉴于上述实际情况，本发明的目的在于，提供一种价格便宜且能在高温下无故障地使用的半导体处理装置用电加热器。

采用本发明的半导体处理装置用电加热器，是一种由多个区域构成的筒状的半导体处理装置用电加热器，其特征为，多个区域中的被放置了高载荷的至少一个区域的发热体为非金属电阻发热体，而其余区域的发热体则为金属电阻发热体。

作为金属电阻发热体，可用金属中的耐高温的材料即康塔尔电阻丝(康塔尔Al电阻丝、康塔尔APM电阻丝等)以及其替代品，特别是，最好选用康塔尔APM电阻丝及其替代品。作为金属电阻发热体的形状，可将细线弯曲加工成波浪形的(细直径过弯曲)或将粗线加工成螺旋线圈状的(粗直径螺旋线圈)，由于金属电阻发热体具有重量轻且能快速升温降温的优点，因此，采用细直径的更好。此外，如上所述，细直径与粗直径不同的是，除了线重量轻(省资源性)外，还有节能性和热响应性好的优点，最好能根据所使用的加热器的处理装置的直径和加热器电源的直径等分别选用二者。

作为非金属电阻发热体，可用二硅化钼(MoSi₂)、石墨、碳化硅等陶瓷等材料，从在大气中难以老化方面考虑，特别是最好选用二硅化钼。在选用石墨或碳化硅作为非金属电阻发热体的场合，最好将发热体收纳在真空的发热体收纳部中。相对于作为铁·铬·铝系的金属线的康塔尔电阻丝的2～3.5W/cm²，二硅化钼的最大表面载荷为20W/cm²，若使用二硅化钼，能得到发热量最大是金属线束10倍的强力加热能力。二硅化钼能在到1800℃为止的高温领域中使用，而且，具有由于没有老化现象，从而不必担心由于老化而影响寿命的优点。

在此，多个区域例如在竖式炉中可由底区、中间区和顶区构成，在载荷大小依次按例如：底区、顶区和中间区的顺序由大变小的场合，底区由非金属电阻发热体构成，中间区和顶区由金属电阻发热体构成。在该场合下，典型的是中间区和顶区各自独立地控制。中间区可由1个或多个区域构成，区域的总数为≥3的任意值。

若采用本发明的半导体处理装置用电加热器，由于多区域中的被放置了高载荷的至少1个发热体由非金属电阻发热体构成，因此，无须担心在被放置了高载荷的区中会因过热导致发热体破损，从而即使在高温下也能无故障地使用，由于其余区域的发热体是由金属电阻发热体构成的，因此，能降低成本，还能减少由冲击而造成破损的可能性。这样，与全部区域的发热体皆为非金属电阻发热体的电加热器相比，能够获得在耐热温度方面毫不逊色而且价格低、使用可靠性、适用性优越的电加热器。该电加热器能很好地适用于CMOS处理和SOI处理等的高温处理。

通常，承受高载荷的区域多是设有从外部导入大量的加热容量、或向外部散失大量的热量的开口的单侧或双侧的端区，通过将该区域作成非金属电阻发热体，可容易进行半导体处理时的温度控制。

各区域由发热体和保持该发热体的隔热体组成的1个或多个块构成，而且最好能以块为单位进行更换。在多个区域是由底区、中间区和顶区构成的竖式炉的场合中，底区相当于单侧的端区。例如：底区有时是将1对半圆筒体块对接而形成的，中间区和顶区有时是将1对半圆筒体块对而形成的。关于底区，也可以仅由1个圆筒体块形成，此外，关于中间区和顶区，也可以由1个圆筒体块形成。如果采用这样的构成，在任何场所发热体发生故障的时候，在物理上能只更换出故障的块，此外，在情况允许的场合，能够继续使用隔热体而仅更换发热体，从而能以最小的附加成本进行电加热器的修理。

附图说明

图1是表示使用了本发明的电加热器的半导体处理装置之一例的垂直剖视图。

图2是表示本发明的半导体处理装置用电加热器的块构成之一例的立体图。

图3是沿图2中的III-III线的组装后的加热器的剖视图。

图4是沿图2中的IV-IV线的组装后的加热器的剖视图。

图5是从采用本发明的半导体处理装置用电加热器的内侧观看的展开图。

图6是表示本发明的半导体处理装置用电加热器的变形例(不同分割方式)的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施例。

图1是表示作为采用本发明的电加热器的半导体处理装置之一例的竖式扩散炉，竖式扩散炉由：用来对半导体晶片进行处理的管式处理舱1、设在管式处理舱1外周的电加热器、载置在保温筒4上且可搭载多片半导体晶片的托盘架3、以及支承保温筒4并可上下移动、处理时将管式处理舱1的下端的托盘架插入孔闭锁的法兰式舱底盖5等构成。

电加热器2被划分为作为端区的底区2a、由2个区域构成的中间区2b、2c和顶区2d的4个控制区，并由具有非金属电阻发热体12且构成底区2a的非金属电阻发热体使用部6、以及具有金属电阻发热体22且构成其余区域2个中间区2b 2c和顶区2d的金属电阻发热体使用部7构成。

如图2所示，在第1实施例的电加热器2中，非金属电阻发热体使用部6是通过将1对半圆筒体块6a、6b对接而形成的，金属电阻发热体使用部7是通过将1对半圆筒体块7a7b对接而形成的。

如图3和图5所详示那样，电加热器2的非金属电阻发热体使用部6具有陶瓷纤维制的圆筒状主隔热体11、安装在主隔热体11内周面上的非金属电阻发热体元件12、隔着具有挠性的缓冲用的陶瓷纤维制的垫15覆盖在主隔热体11的外周面上的层状的内隔热材料13和外隔热材料14、以及覆盖在外隔热材料14的外周面上的金属壳体16。

非金属电阻发热体元件12由二硅化钼制成，并形成为波浪形、且支承在主隔热体11内周面上。二硅化钼的非金属电阻发热体元件12具有即使在高温下也能以大的表面电载荷密度使用的优点，因此，虽然底区2a比其他区域2b、2c、2d难以升温，但是，各区域2a、2b、2c、2d将在短时间内升温到规定的温度升温。

非金属电阻发热体使用部6的各半圆筒体块6a、6b各有1对加热器端子12a、12b，能仅更换任何一方的半圆筒体的块6a、6b。

如图4和图5所详示那样，电加热器2的金属电阻发热体使用部7具有陶瓷纤维制的圆筒型主隔热体21、装在主隔热体21内周面上的金属电阻发热体元件22、隔着在主隔热体21的外周面上的具有挠性的缓冲用的陶瓷纤维制的垫25覆盖在主隔热体21的外周面上的层状的内隔热材料23和外隔热材料24、以及覆盖在外隔热材料14的外周面上的金属壳体26。在金属电阻发热体使用部7的主隔热体21的内周面上，在主隔热体21的长度方向上延伸且在周方向上隔开间隔地形成多个并列状的槽27。

金属电阻发热体元件22为由铁·铬·铝系由以Fe为主成分，其他成分典型的有Cr 22％、Al 15.8％构成的金属线(康塔尔电阻丝)构成的、线的直径为1～3mm左右的被称之为细直径的电阻丝。金属电阻发热体元件22形成为波浪形，其正振幅比槽27的宽度大。此外，金属电阻发热体元件22的宽度方向两侧部分自槽27的两侧面进入主隔热体21内，从而金属电阻发热体元件22支持在主隔热体21上并与其构成一体。

金属电阻发热体使用部7的各半圆筒体的块7a、7b，在各自的中间区2b、2c和顶区2d上各有1对加热器端子22a、22b，从而可以只更换任何一方的半圆筒体块7a、7b。

如果采用上述电加热器2，由于非金属电阻发热体使用部6和金属电阻发热体使用部7具有不同的构成，因此，在因非金属电阻发热体使用部6受到冲击而产生破损或因金属电阻发热体使用部7的寿命而发生断线等故障发生的场合，能够仅更换非金属电阻发热体使用部6或金属电阻发热体使用部7。此外，由于非金属电阻发热体使用部6和金属电阻发热体使用部7是分别将1对半圆筒体块6a、6b、7a、7b对接而形成的，因此，能够仅更换出故障的半圆筒体块6a、6b、7a、7b，从而能实现容易而廉价的修理。

在上述举例中，由于非金属电阻发热体使用部6和金属电阻发热体使用部7是分别将1对半圆筒体块6a、6b、7a、7b对接而形成的，但能形成除此之外的各种分割形态，其例子如图6所示。

在图6a所示的电加热器2中，非金属电阻发热体使用部6和金属电阻发热体使用部7分别是由1个圆筒体块6c、7c形成的。在图6b所示的电加热器2中，是将非金属电阻发热体使用部6和金属电阻发热体使用部7合在一起、并将1对半圆筒体块8、8对接而形成的。在图6c所示的电加热器2中，非金属电阻发热体使用部6是由1个圆筒体块6c形成的，金属电阻发热体使用部7通过将1对半圆筒体块7a、7b对接而形成的。在图6d所示的电加热器2中，非金属电阻发热体使用部6是将1对半圆筒体块6a、6b对接而形成的，金属电阻发热体使用部7是由1个圆筒体块7c形成的。再者，在图6中，从a至c中，金属电阻发热体元件22都是作为细直径过弯曲形态图示的，在d中，金属电阻发热体元件22则是作为粗直径螺旋型线圈形态图示的。

在上述实施方式中，对用于竖式炉中的电加热器2作了说明，但上述电加热器2也能用于卧式炉，这是不言而喻的。此外，采用本发明的电加热器2，有两端开口的场合和一端封闭场合的两种形态，但不局限于这两种形态。此外，金属电阻发热体元件22都是以细直径波浪形的元件进行说明的，本发明不用说同样也适用于粗直径螺旋型线圈的元件。

Claims

1、一种半导体处理装置用电加热器，是由多个区域构成的筒状的半导体处理装置用电加热器，其特征为，多个区域中的被放置高载荷的至少1个区域的发热体是非金属电阻发热体，其余区域的发热体是金属电阻发热体。

2、如权利要求1所述的半导体处理装置用电加热器，其中，发热体为非金属电阻发热体的区域是至少1个端区。

3、如权利要求1所述的半导体处理装置用电加热器，其中，金属电阻发热体是将细直径的线材加工成过弯曲形状而成的。

4、如权利要求2所述的半导体处理装置用电加热器，其中，金属电阻发热体是将细直径的线材加工成过弯曲形状而成的。

5、如权利要求1至4中任意一项所述的半导体处理装置用电加热器，其中，非金属电阻发热体是二硅化钼。

6、如权利要求1至4中任意一项所述的半导体处理装置用电加热器，其中，各区域由1个或多个块组成，并能以块为单位进行更换，所述1个或多个块由发热体和保持该发热体的隔热体构成。

7、如权利要求5所述的半导体处理装置用电加热器，其中，各区域由1个或多个块组成，并能以块为单位进行更换，所述1个或多个块由发热体和保持该发热体的隔热体构成。