CN108072171A - 气体管路的加热装置及半导体加工设备 - Google Patents

气体管路的加热装置及半导体加工设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种气体管路的加热装置及半导体加工设备，其包括发热元件、电引入组件和电源，其中，发热元件均匀缠绕在内管的外壁上，用以加热内管中的气体；电引入组件设置在外管和内管的气体输入端，用以将环形间隙与外界真空隔离，并将发热元件的正/负极与电源电连接。本发明提供的气体管路的加热装置，其不仅可以提高与内管内的气体之间的热交换效率，而且还可以解决热量流失较快的问题。

Description

气体管路的加热装置及半导体加工设备
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种气体管路的加热装置及半导体加工设备。
背景技术
在半导体刻蚀工艺中，反应腔室的温度控制的精度对刻蚀工艺结果起到至关重要的作用，精度越高，越有利于提高刻蚀速率的均匀性，而且可以减少反应腔室侧壁的颗粒沉积，促使挥发性的残留物及时排出反应腔室，以及有效延长反应腔室的维护周期。常用的温控方式通常是对反应腔室的侧壁以及静电卡盘的温度进行控制。还有一种温控方式是对向反应腔室内输送工艺气体的管路的温度进行控制，从而可以精确控制流入反应腔室内的工艺气体的温度。
图1为现有的气体管路的连接示意图。如图1所示，气体管路2分别与气源1和反应腔室4连接，由气源1提供的工艺气体经由气体管路2传输至反应腔室4内。而且，在气体管路2上缠绕有电伴热带3，其一端连接交流电源5，另一端通过特制的终端固定件6固定保护。在进行工艺时，电伴热带3对气体管路2进行加热，从而间接加热传输在其中的工艺气体，以使工艺气体达到所需的温度。此外，电伴热带3的外层包覆有耐高温的泡沫玻璃，用以起到保温的作用，并且在该泡沫玻璃的外层再包覆一层矿物棉进行隔热保护。
在实际应用中，由于工艺气体通常为包含有特殊气体，为防止特殊气体泄漏，气体管路通常需采用双层管路。图2为现有的气体管路的局部剖视图。如图2所示，气体管路2包括相互嵌套的外管21和内管23，其中，由气源1提供的工艺气体经由内管23输送至反应腔室4内。在外管21和内管23之间具有环形间隙22，该环形间隙22的压力低于内管23内的压力及外界的大气压力，从而若内管23内的气体发生泄漏，并进入环形间隙22，通过检测环形间隙22的压力值，就可以发现气体发生了泄漏。
但是，由于电伴热带3缠绕在外管21上，由于上述环形间隙22的存在，导致电伴热带3与内管23内的气体之间不容易进行热量交换，从而影响电伴热带3的加热效果。此外，由于电伴热带3直接暴露在大气环境中，即使采用泡沫玻璃和矿物棉两层材料进行保温和隔热，也仍然存在热量流失较快的情况。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种气体管路的加热装置及半导体加工设备，其不仅可以提高与内管内的气体之间的热交换效率，而且还可以解决热量流失较快的问题。
为实现本发明的目的而提供一种气体管路的加热装置，所述气体管路包括相互嵌套的外管和内管，二者之间具有环形间隙，所述加热装置包括发热元件、电引入组件和电源，其中，所述发热元件均匀缠绕在所述内管的外壁上，用以加热所述内管中的气体；所述电引入组件设置在所述外管和内管的气体输入端，用以将所述环形间隙与外界真空隔离，并将所述发热元件的正/负极与所述电源电连接。
优选地，所述电引入组件包括第一法兰、两个电连接件和两个密封圈，其中，在所述外管和内管的气体输入端设置有第二法兰，所述第二法兰与所述第一法兰对接，且通过多个螺栓连接；所述两个电连接件的内端依次贯穿所述第一法兰和第二法兰，并分别与所述发热元件的正极和负极电连接；所述两个电连接件的外端延伸至外界，并与所述电源电连接；每个所述密封圈设置在所述电连接件和第一法兰之间；或者，每个所述密封圈设置在所述电连接件和第二法兰之间；或者，每个所述密封圈设置在所述电连接件与第二法兰之间，以及所述电连接件与第一法兰之间。
优选地，所述电引入组件包括法兰、两个电连接件和两个密封圈，其中，所述法兰同时与所述外管和内管的气体输入端密封连接；所述两个电连接件的内端贯穿所述法兰，并分别与所述发热元件的正极和负极电连接；所述两个电连接件的外端延伸至外界，并与所述电源电连接；每个所述密封圈设置在所述电连接件和法兰之间。
优选地，所述法兰采用焊接的方式与所述外管和内管的输入端密封连接。
优选地，所述发热元件包括电伴热带或者电阻丝。
优选地，在所述发热元件的外表面包覆有保护层，用于提高所述发热元件的耐高温性能。
优选地，所述保护层包括玻璃棉或者矿物棉。
优选地，所述加热装置还包括温度控制单元，用于控制向所述发热元件输出的加热功率。
优选地，在所述外管的外侧设置有压力表，用以检测所述环形间隙中的气压。
本发明还提供一种半导体加工设备，包括反应腔室、气体管路和加热装置，其中，所述气体管路包括相互嵌套的外管和内管，二者之间具有环形间隙，并且所述内管用于向所述反应腔室内输送工艺气体；所述加热装置用于对所述内管中的工艺气体进行加热，所述加热装置采用本发明提供的上述加热装置。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的气体管路的加热装置，其通过将发热元件均匀缠绕在气体管路的内管外壁上，即，发热元件与内管外壁直接接触，可以使由发热元件产生热量由内管外壁直接传递至内管内的气体，从而可以提高与内管内的气体之间的热交换效率，进而可以提高加热装置的控温效果。而且，通过在外管和内管的气体输入端设置电引入组件，该电引入组件用于将环形间隙与外界真空隔离，并将发热元件的正/负极与电源电连接，不仅可以实现将电流引入发热元件，而且还可以使位于环形间隙内的发热元件与外界真空隔离，从而可以减少热量流失，提高加热效率。
本发明提供的半导体加工设备，其通过采用本发明提供的气体管路的加热装置，不仅可以提高加热装置的控温效果，而且可以减少热量流失，从而可以提高加热效率。
附图说明
图1为现有的气体管路的连接示意图；
图2为现有的气体管路的局部剖视图；
图3A为本发明实施例提供的气体管路的加热装置的局部剖视图；
图3B为图3A中加热装置的背面的局部剖视图；
图3C为沿图3A中A-A线的剖视图；
图4为图3A中第一法兰的右视图；以及
图5为本发明实施例的一个变型实施例提供的气体管路的加热装置的局部剖视图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的气体管路的加热装置及半导体加工设备进行详细描述。
图3A为本发明实施例提供的气体管路的加热装置的局部剖视图。图3B为图3A中加热装置的背面的局部剖视图。图3C为沿图3A中A-A线的剖视图。图4为图3A中第一法兰的右视图。请一并参阅图3A-图4，气体管路用于向反应腔室输送工艺气体，其包括相互嵌套的外管7和内管8，二者同轴设置，且内管8的外径小于外管7的内径，从而在外管7和内管8之间形成环形间隙15。该内管8与反应腔室相连通，用以输送工艺气体。
加热装置用于对内管8中的工艺气体进行加热，从而实现对流入反应腔室内的工艺气体的温度进行精确控制。具体地，加热装置包括发热元件9、电引入组件和电源13，其中，发热元件9均匀缠绕在内管8的外壁上，即，发热元件9与内管8外壁直接接触，可以使由发热元件9产生的热量由内管8外壁直接传递至内管8内的气体，从而可以提高与内管8内的气体之间的热交换效率，进而可以提高加热装置的控温效果。发热元件9包括电伴热带或者电阻丝等可产生热量的元件。
电引入组件设置在外管7和内管8的气体输入端，用以将环形间隙15与外界真空隔离，并将发热元件9的正/负极与电源13电连接，从而不仅可以实现将电流引入发热元件9，而且还可以使位于环形间隙15内的发热元件9与外界真空隔离，从而可以减少热量流失，提高加热效率。
在本实施例中，电引入组件包括第一法兰11、两个电连接件(12，16)和密封圈14，其中，在外管7和内管8的气体输入端设置有第二法兰10，其与第一法兰11对接，且通过多个螺栓111连接，如图4所示，多个螺栓111沿第一法兰111的周向均匀分布。而且，在第一法兰11和第二法兰10的两个对接面之间设置有密封圈(图中未示出)，用以对二者之间的间隙进行密封，从而确保内管8中的气体不会自第一法兰11和第二法兰10的两个对接面之间泄漏出去。此外，第一法兰11和第二法兰10分别具有两个中心孔112，二者同轴设置，且与内管8的内部空间相连通，通过将气源的连接管路(图中未示出)与第一法兰11的中心孔112对接，来实现对气体的输送。除此之外，第二法兰10可以采用焊接的方式分别与外管7和内管8的气体输入端密封连接，从而使环形间隙15与外界真空隔离。
两个电连接件(12，16)的内端依次贯穿第一法兰11和第二法兰10，延伸至环形间隙15内，并分别与发热元件9的正极和负极(91，92)电连接，两个电连接件(12，16)的外端延伸至外界，并与电源13电连接，从而实现对发热元件9与电源13之间的电路导通。在本实施例中，发热元件9的其中一个电极92因与电连接件16的距离较远，所有通过导线17与其中一个电连接件16电连接，如图3B所示。密封圈14为两个，每个密封圈14设置在电连接件和第一法兰11之间，以及电连接件和第二法兰10之间，用以密封电连接件和第一法兰11之间的间隙，以及电连接件和第二法兰10之间的间隙，从而保证环形间隙15与外界真空隔离。具体来说，分别对应地在第一法兰11和第二法兰10上设置有沿其厚度贯穿的通孔113，两个通孔113同轴设置，且分别与环形间隙15和外界相连通；每个电连接件穿过该通孔113，密封圈14设置在该电连接件分别与第一法兰11和第二法兰10的通孔113之间。由于密封圈14贯穿第一法兰11和第二法兰10，其同时可以将第一法兰11和第二法兰10的两个对接面之间的间隙密封，从而无需另设密封圈，简化了加热装置的结构。当然，在实际应用中，也可以仅在电连接件和第一法兰之间设置密封圈，或者仅在电连接件和第二法兰之间设置密封圈，这同样可以实现环形间隙15与外界的真空隔离，在这种情况下，需要另设密封圈，对第一法兰11和第二法兰10的两个对接面之间的间隙密封。
优选的，在发热元件9的外表面包覆有保护层，用于提高发热元件9的耐高温性能，该保护层包括诸如玻璃棉或者矿物棉等的耐高温材料。另外，由于环形间隙15的存在，发热元件9不会与外管7的管壁接触，从而可以使位于环形间隙15内的发热元件9与外界真空隔离，进而可以减少热量流失，提高加热效率。在这种情况下，仅需要在发热元件9上设置单层上述保护层即可，而无需再增设隔热层等其他保护材料，从而可以降低加热装置的制造成本。
优选的，加热装置还包括温度控制单元，用于控制向发热元件输出的加热功率。通过调节发热元件的输出功率，可以准确控制内管中的气体温度，从而使进入反应腔室内的气体达到所需温度。
优选的，为了监测气体泄漏的情况，在外管7的外侧设置有压力表，用以检测环形间隙15中的气压。在进行工艺的过程中，若气压处于恒定或预设值，则判断不存在气体泄漏情况；若气压值发生变化，则判断环形间隙中的气压改变，出现气体泄漏，此时由操作人员对设备采取相关措施。
作为本实施例的一个变型实施例，图5为本发明实施例的一个变型实施例提供的气体管路的加热装置的局部剖视图。请参阅图5，本变型实施例提供的气体管路的加热装置与上述实施例的区别仅在于：省去了上述第二法兰，而仅在外管7和内管8的气体输入端设置单个法兰18，换言之，法兰18分别与外管7和内管8形成一体式结构。具体地，法兰18可以采用焊接的方式分别与外管7和内管8的气体输入端密封连接，从而使环形间隙15与外界真空隔离。两个电连接件和两个密封圈的结构和功能与上述实施例相类似，在此不再赘述。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室、气体管路和加热装置，其中，气体管路包括相互嵌套的内管和外管，二者之间具有环形间隙，该内管用于向反应腔室内输送工艺气体。加热装置用于对内管中的工艺气体进行加热，该加热装置采用了本发明上述实施例提供的气体管路的加热装置。
本发明实施例提供的半导体加工设备，其通过采用本发明实施例提供的气体管路的加热装置，不仅可以提高加热装置的控温效果，而且可以减少热量流失，从而可以提高加热效率。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气体管路的加热装置，所述气体管路包括相互嵌套的外管和内管，二者之间具有环形间隙，其特征在于，所述加热装置包括发热元件、电引入组件和电源，其中，
所述发热元件均匀缠绕在所述内管的外壁上，用以加热所述内管中的气体；
所述电引入组件设置在所述外管和内管的气体输入端，用以将所述环形间隙与外界真空隔离，并将所述发热元件的正/负极与所述电源电连接。
2.根据权利要求1所述的气体管路的加热装置，其特征在于，所述电引入组件包括第一法兰、两个电连接件和两个密封圈，其中，在所述外管和内管的气体输入端设置有第二法兰，所述第二法兰与所述第一法兰对接，且通过多个螺栓连接；
所述两个电连接件的内端依次贯穿所述第一法兰和第二法兰，并分别与所述发热元件的正极和负极电连接；所述两个电连接件的外端延伸至外界，并与所述电源电连接；
每个所述密封圈设置在所述电连接件和第一法兰之间；或者，每个所述密封圈设置在所述电连接件和第二法兰之间；或者，每个所述密封圈设置在所述电连接件与第二法兰之间，以及所述电连接件与第一法兰之间。
3.根据权利要求1所述的气体管路的加热装置，其特征在于，所述电引入组件包括法兰、两个电连接件和两个密封圈，其中，
所述法兰同时与所述外管和内管的气体输入端密封连接；
所述两个电连接件的内端贯穿所述法兰，并分别与所述发热元件的正极和负极电连接；所述两个电连接件的外端延伸至外界，并与所述电源电连接；
每个所述密封圈设置在所述电连接件和法兰之间。
4.根据权利要求3所述的气体管路的加热装置，其特征在于，所述法兰采用焊接的方式与所述外管和内管的输入端密封连接。
5.根据权利要求1所述的气体管路的加热装置，其特征在于，所述发热元件包括电伴热带或者电阻丝。
6.根据权利要求5所述的气体管路的加热装置，其特征在于，在所述发热元件的外表面包覆有保护层，用于提高所述发热元件的耐高温性能。
7.根据权利要求6所述的气体管路的加热装置，其特征在于，所述保护层包括玻璃棉或者矿物棉。
8.根据权利要求1所述的气体管路的加热装置，其特征在于，所述加热装置还包括温度控制单元，用于控制向所述发热元件输出的加热功率。
9.根据权利要求1所述的气体管路的加热装置，其特征在于，在所述外管的外侧设置有压力表，用以检测所述环形间隙中的气压。
10.一种半导体加工设备，包括反应腔室、气体管路和加热装置，其中，所述气体管路包括相互嵌套的外管和内管，二者之间具有环形间隙，并且所述内管用于向所述反应腔室内输送工艺气体；所述加热装置用于对所述内管中的工艺气体进行加热，其特征在于，所述加热装置采用权利要求1-9任意一项所述的加热装置。
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