DE69322975T2

DE69322975T2 - Gaserhitzer für prozessgas

Info

Publication number: DE69322975T2
Application number: DE69322975T
Authority: DE
Inventors: Eric A. Santa Cruz Ca 95060 Ahlstrom; Craig C. Santa Cruz Ca 95060 Collins
Original assignee: Watkins Johnson Co
Current assignee: Silicon Valley Group Thermal Systems LLC
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1993-11-03
Publication date: 1999-05-27
Anticipated expiration: 2013-11-04
Also published as: KR950704659A; HK1014206A1; DE69322975D1; JPH08501020A; WO1994010512A1; EP0666972A4; KR0163256B1; EP0666972A1; US5377300A; EP0666972B1

Description

Kurze Beschreibung der Erfindung

Diese Erfindung betrifft insgesamt eine Vorrichtung zum Erhitzen von Prozeßgasen, und im besonderen eine Heizeinrichtung zum Erhitzen von Prozeßgasen in Zufuhrleitungen, die Prozeßdämpfe und -gase zu Reaktionskammern in Vorrichtungen für die Halbleiterverarbeitung leiten.

Hinterrund der Erfindung

Herstellungsverfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen und integrierten Schaltkreisen erfordern die Verwendung von Chemikalien in einem gasförmigen Zustand, wobei deren Temperaturen genau reguliert werden müssen. Im allgemeinen wird das Gas in einer Quelle wie einem Rührer erzeugt, in dem ein Trägergas durch eine flüssige Chemikalie hindurchgeblasen wird, um einen Dampf zu erzeugen, der mit dem Trägergas vermischt wird. Die Temperatur des Gemischs muß so reguliert werden, daß eine Kondensation des Dampfes, bevor dieser die Reaktionskammer erreicht, verhindert wird. Bei einigen Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik wird die Erhitzung erreicht, indem die Zufuhrleitungen als Heizverteilerelement genutzt werden; das heißt, indem elektrischer Strom durch die Leitung geleitet wird, um eine Widerstandsheizung der Leitung zu erzeugen. Solche Heizsysteme sind mit Problemen verbunden. Sie erfordern große Transformatoren, um den notwendigen Heizstrom zu liefern. Der erhitzte Abschnitt der Zufuhrleitung muß von der übrigen Vorrichtung elektrisch isoliert werden. Solche Kupplungen verursachen eine Reihe von Problemen, darunter die Einführung von kontaminierenden Stoffen. Die Temperatur ist durch die Wärmespeicherkapazität der Leitungen schwer dynamisch zu regulieren, da die Gastemperatur nicht direkt gemessen wird und da ein geringer Wärmeaustausch zwischen den Leitungen und dem Gas stattfindet.
Die US-A-3 868 494 offenbart ein Heizsystem mit geschlossenem Kreislauf, bei dem eine Flüssigkeit verwendet wird, die durch elektrische Widerstandselemente erhitzt wird, die in einem Behälter angeordnet sind, wobei die Flüssigkeit zwischen dem Behälter und Heizkörpern zirkuliert. Die verwendete Flüssigkeit hat einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als Wasser und auch einen niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser. In dem Behälter sind, jeweils seinem Einlaß und Auslaß gegenüberliegend und im Abstand davon, Ablenkplatten angeordnet, um die einströmende Flüssigkeit zu den Seiten des Behälters zu lenken, und um die ausströmende Flüssigkeit daran zu hindern, direkt zum Auslaß zu strömen. Daher kommt die Flüssigkeit mit den elektrischen Widerstandselementen bei im wesentlichen gleichbleibender Geschwindigkeit über die gesamte Länge der Elemente in Kontakt und wird, während sie den Behälter durchströmt, im wesentlichen gleichförmig erhitzt.

Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung

Eine dieser Erfindung zugrundeliegende allgemeine Aufgabe ist die Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung zum Erhitzen von Prozeßgasen, die in Vorrichtungen zur Behandlung von Halbleiterschaltungen verwendet werden.
Eine weitere dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zum sicheren Erhitzen von Prozeßgasen für Vorrichtungen zur Verarbeitung von Halbleiterschaltungen bereitzustellen, ohne daß hierbei Verunreinigungen eingeführt werden.
Eine weitere dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist die Bereitstellung einer Heizvorrichtung für eine geregelte Erhitzung von Prozeßgasen.
Eine weitere dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist die Bereitstellung einer Heizvorrichtung, die Prozeßgase über einen weiten Bereich einer Gasströmung effizient erhitzt.
Eine weitere dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Erhitzen von Gas, bei der die Regelung der Gastemperatur unabhängig von Gasdurchsätzen ist.
Eine weitere dieser Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Erhitzen von Gas, bei der die Temperatur der Prozeßgase zwecks besserer Regelung und Genauigkeit direkt gemessen wird.
Diese und andere der Erfindung zugrundeliegende Aufgaben werden durch eine Vorrichtung zum Erhitzen von Gas gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 oder Anspruch 7 gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingearbeitet sind und einen Teil der Beschreibung bilden, illustrieren eine Ausführungsform der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Erfindung darzustellen:
Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Erhitzen von Gas entlang der Linie 1-1 von Fig. 2.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Vorrichtung zum Erhitzen von Gas entlang der Linie 2-2 von Fig. 1.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Im folgenden wird die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, im einzelnen beschrieben.
Die Heizvorrichtung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Sie weist Anschlußstücke für das Prozeßgas für ein Einsetzen in Behandlungs-Zufuhrleitungen einer Halbleiterbehandlungsvorrichtung auf. Wie gezeigt weist die Heizvorrichtung 11 ein Einlaßelement 12 und ein Auslaßelement 13 auf. Das chemische Prozeßgas strömt hindurch, und seine Temperatur wird durch die Heizvorrichtung 11 konstant gehalten. Die Heizvorrichtung weist eine Kammer 14 auf, in die das Gas strömt, wie durch die Stromlinien 16 dargestellt. Die Kammer weist zwei Endkappen 17A und 18A auf, die mit einer Umleitplatte 19 verschweißt sind. Die Umleitplatte leitet die Gasströmung um, um den Wärmeaustausch von den angrenzenden Kammerwänden 17 und 18 zu erhöhen, wodurch der Wärmeaustausch zwischen dem Gas und den angrenzenden Wänden 17 und 18 verstärkt wird. Die Endkappe 17A ist mit der Rohrleitung 21 verschweißt, die mit dem Anschlußstück 12 verbunden ist. Die Endkappe 18A ist mit der Rohrleitung 22 verschweißt, die mit dem Anschlußstück 13 verbunden ist. Ein Anschlußstück 23, das einen rohrförmigen Abschnitt 24 und einen Endverschlußabschnitt 26 aufweist, ist mit der Rohrleitung 22 verschweißt und kann ein Thermoelement 27 aufnehmen, das durch eine Justierschraube 28 an Ort und Stelle befestigt werden kann. Die Schweißungen sind Vollpenetrations schweißungen, wodurch es keine toten Räume gibt, in denen sich kontaminierende Stoffe ansammeln können. Bevorzugt werden die Innenflächen der Kammer anodisch poliert. Die Wände 17 und 18 der Kammer 14 werden durch eine Bandheizeinrichtung 29 beheizt.
Die Heizeinrichtungsbaugruppe ist in einem aus zwei Teilen bestehenden Isolationsgehäuse 31 angeordnet, das aus Keramik oder anderem Isoliermaterial hergestellt sein kann. Wie ersichtlich ist, wird das Gehäuse durch Befestigungsschrauben gehalten, die sich durch die Öffnungen 32 erstrecken. Das Heizelement, der Temperaturfühler, die Heizeinrichtung und das Gehäuse können ausgetauscht werden, ohne daß die Prozeßinstallationen beeinträchtigt werden, indem die Schrauben gelöst werden und das Isolationsgehäuse entfernt wird, wodurch Zugang zu der Heizeinrichtung und zu dem Thermoelement ermöglicht wird.
Im Betrieb treten Prozeßgase in die Heizkammer ein, wo aufgrund der Zunahme des Volumens die Geschwindigkeit abnimmt. Die Umleitplatte erzeugt eine Wirbelströmung und vergrößert den Wärmeaustausch mit dem beheizten Oberflächenbereich. Dadurch wird das Gas effizient aufgeheizt. Das Thermoelement mißt die Gastemperatur unmittelbar beim Austritt aus der Heizeinrichtung. Das ermöglicht, daß die Heizeinrichtung einen Teil eines Regelungssystems zur Regelung des auf die Bandheizeinrichtung angelegten Stroms bildet, und dadurch die Temperatur der Prozeßgase geregelt wird. Angesichts der Tatsache, daß die thermisch wirksame Masse der Heizeinrichtung und des Fühlers minimal ist, kann die Temperatur schnell und genau geregelt werden.
So wird eine verbesserte Gasheizeinrichtung bereitgestellt, die einfach in den Zufuhrleitungen für eine Halbleiterbehand lungsvorrichtung angeordnet werden kann und die keine Verunreinigungen in diese einführt.

Claims

1. Vorrichtung (11) zum Erhitzen von Gas

- mit einer Kammer (14), die von Kammerwänden (17, 18) gebildet wird, die einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß haben,

- mit einer Umleitplatte (19) in der Kammer (14) zum Steigern des Wärmeaustausches zwischen den Kammerwänden (17, 18) und dem Gas, das vom Einlaß zum Auslaß strömt, wobei die Umleitplatte (19) den Einlaß und den Auslaß trennt und einen massiven Abschnitt, der dem Einlaß zum Umleiten des in die Kammer (14) eintretenden Gasstroms zu einer der Kammerwände (17, 18) zwischen dem Einlaß und der Umleitplatte (19) direkt gegenüberliegt, und einen entfernt von dem Einlaß befindlichen perforierten Abschnitt für den Gasstrom durch die Umleitplattte (19) vom Einlaß zum Auslaß aufweist, und

- mit einer Heizeinrichtung (29) angrenzend an die Aussenseite der Wände (17, 18) der Kammer (14) zum Erhitzen der Wände (17, 18) der Kammer (14), um dadurch das in der Kammer (14) zwischen dem Einlaß und dem Auslaß strömende Gas zu erhitzen.

2. Vorrichtung (11) zum Erhitzen von Gas nach Anspruch 1, bei welcher die Kammer (14) zwei becherförmige Metallteile (17A, 18A) aufweist, die mit der Umleitplatte (19) verbunden sind.

3. Vorrichtung (11) zum Erhitzen von Gas nach Anspruch 1, bei welcher der Gaseinlaß und der Gasauslaß mit Anschlußstücken (12, 13) verbunden sind, wodurch die Heizvorrichtung (11) in einer Leitung zur Behandlung von Gas installiert werden kann.

4. Vorrichtung (11) zum Erhitzen von Gas nach Anspruch 1 mit einem Schacht, der für die Aufnahme eines Thermoelements (27) geformt ist, das sich in den Gasauslaß erstreckt.

5. Vorrichtung (11) zum Erhitzen von Gas nach Anspruch 1 mit einem Gehäuse (31), das aus einem thermisch isolierten Material hergestellt ist, welches die Heizeinrichtung (29) umschließt.

6. Vorrichtung (11) zum Erhitzen von Gas nach Anspruch 5, bei welcher das Gehäuse (31) zwei Abschnitte aufweist, die von der Heizeinrichtung entfernbar sind.

7. Vorrichtung (11) zum Erhitzen von Gas

- mit einer Kammer (14), die zwei becherförmige Metallwände (17A, 18A) und eine Umleitplatte (19) hat, wobei die Ränder der becherförmigen Wände (17A, 18A) mit der Umleitplatte (19) verschweißt sind und die Umleitplatte (19) einen massiven Abschnitt und einen perforierten Abschnitt aufweist,

- mit einer Bandheizeinrichtung (29), welche die Kammer (14) umgibt, um die Wände (17A, 18A) zu erhitzen, und

- mit Anschlußstücken (12, 13), die mit jeder der becherförmigen Metallwände (17A, 18A) verschweißt sind, um die Kammer (14) in Reihe zu einer Leitung zur Behandlung von Gas zu schalten, damit das Gas zum Strömen durch die Wände (17A, 18A) und zum Erhitzen durch diese veranlaßt wird,

- wobei die Umleitplatte (19) die Anschlußstücke (12, 13) trennt, der massive Abschnitt der Umleitplatte (19) direkt gegenüber einem (12) der Anschlußstücke angeordnet ist, um den in die Kammer (14) durch das eine (12) der Anschlußstücke eintretenden Gasstrom zu einer der Seitenwände (17A, 18A) umzuleiten, und der perforierte Abschnitt entfernt von dem einen (12) der Anschlußstücke für das Strömen des umgeleiteten Gases durch die Umleitplatte hindurch zu dem anderen (13) der Anschlußstücke hin angeordnet ist.

8. Vorrichtung (11) zum Erhitzen von Gas nach Anspruch 7 mit einem Gehäuse (31), das aus einem thermisch isolierenden Material hergestellt ist, welches die Kammer (14) und die Heizeinrichtung (29) umschließt.