半导体炉管机台加热器的制作方法

本实用新型涉及半导体制造领域，且特别涉及一种半导体炉管机台加热器。

背景技术：

半导体炉管机台被广泛地应用于半导体制造产业，该种设备的加热器通常为整体结构，其电阻丝结构普遍采用水平环绕、串联式结构，该加热电阻丝经过一段时间后，由于加热电阻丝的变形或短路，以至整个加热器无法继续使用，当该结构中的电阻丝某一处发生断裂时，加热器需要整体更换，整个修理更换过程包括大量管道的、电线、信号线的拆装，互锁、报警信号的绝缘、电流的测试。半导体设备昂贵的运营成本，很大部分来自维修所需的零件和耗材费用，由于加热器整体更换较为困难，成本也较大，同时由于半导体加工领域使用的炉管机台的加热器普遍存在体积大、拆卸不便的问题，导致每次更换需要大量人力与时间，而且维修、更换困难严重影响了企业生产效率。

目前，在半导体领域使用的炉管机台加热器，其加热电阻丝经过一段时间使用后，由于加热电阻丝的变形和短路，造成整个加热器无法使用，通常加热电阻丝变热后下垂，容易接触到相邻的电阻丝，造成电阻丝短路，短路造成电阻丝熔断，每次检修，都发现大部分加热丝变形严重，如何保证相邻的电阻丝的位置的合理设置，也是一个急需解决的技术问题。

我国半导体机台研发速度缓慢，大部分半导体机台依赖于进口，上述技术问题的解决能够提高我国半导体晶圆的生产效率，缩小成本，增强我国半导体生产的国际竞争力。

技术实现要素：

本实用新型通过以下技术手段实现：一种半导体炉管机台加热器，包括加热器外框及多组电阻丝元件，所述加热器外框具有顶部、底部及位于所述顶部和所述底部间的侧部，所述侧部形成有组件固定区及降温气体流通区，多组所述电阻丝元件安装于所述组件固定区中，所述降温气体流通区位于所述侧部和所述组件固定区之间，每一组的所述电阻丝元件安装在所述侧部的相同高度，不同组之间的所述电阻丝元件以等距环状分散、交错插排及循环方式竖直独立排列在所述侧部的不同高度，并且所述顶部设置有顶部连接组件，所述顶部连接组件整合串联连接在同一设置高度的所述电阻丝元件的分区加热上接点，所述底部设置有底部连接组件，所述底部连接组件串联整合连接在同一设置高度的所述电阻丝元件的分区加热下接点。

在同一设置高度的所述电阻丝元件具有相同型号规格且平行竖直排列，在同一设置高度的所述电阻丝元件的水平距离相等。

所述组件固定区包含固定保温石膏层。

每一组的所述电阻丝元件中相同型号规格的电阻丝元件串联后设置多个外部接点，多种不同型号规格的电阻丝元件设置在不同组的所述电阻丝组件，所述外部接点连接串联后的相同型号规格的电阻丝元件两端，第一连接端为正电压接点，与该端对应的第二连接端为负电压接点，该接点可设置为外部电源接点，即不同型号规格的电阻丝元件进行独立电源输入，可实现不同区域独立控温。

每一组的所述电阻丝元件中每个电阻丝元件可单独拆卸，每个电阻丝组件具有一个所述分区加热上接点及一个所述分区加热下接点。

优选的，所述顶部连接组件和所述底部连接组件分别可以单独拆卸，在电阻丝元件发生故障时，依据发生故障部位的不同，可以选择通过抽取等方式检测、拆除或更换电阻丝元件。

所述加热器在对应于所述加热器外框的所述侧部外还设置有外部的正负电压接点，其数量对应于根据多组所述电阻丝元件的循环组数数量而设置，位于相邻两组电阻丝元件间隔中间部位，所述正负电压接点包括位于一侧的正电压接点及位于对应侧的负电压接点，用于测量电阻丝阻值，便于检测判断加热器的异常状况。

优选的，所述外部接点设置在所述顶部连接组件和/或底部连接组件上。

所述加热器需要设置多少种型号规格的电阻丝元件，依据竖直区域独立控制的模式的要求设置，循环重复组数可根据加热温度、升温速度等需求参数适当调整。

优选的，所述每一组电阻丝元件组2中包含5种或6种不同型号规格的电阻丝元件，在所述侧部的不同高度可循环设置10-14组电阻丝元件以等距环状分散、交错插排及循环方式竖直独立排列。

根据上述数值，设置五个垂直区域独立进行温度控制，即设置A、B、C、D、E五种不同型号规格的电阻丝元件，每五种型号规格的电阻丝元件为1组，可循环重复设置10-14组，重复组数可根据加热温度、升温速度等需求参数适当调整。

可根据整个机台设置的需要选择加热器外框形状，如正方体、长方体，优选为圆筒体，所述加热器外框的所述底部具有一中央开口，用以置入已加载12寸或18寸晶圆的真空腔管。

优选的，所述加热器的形态包括底部进料的立式炉。

根据上述技术方案，本实用新型可以达到的第一个技术效果为：提供一种半导体炉管机台加热器，将现有加热器整体更换的模式变更为每个电阻丝元件可独立拆卸和更换，通过设置多个外部接点，便于查找电阻丝故障部位，也便于检测、安装和拆卸，该种设置不会改变现有的温度控制模式，仍然可采用五个或多个竖直区域独立控制的模式；温度控制器、电源外接线等机台上的其他相关硬件不需要有变动或更换；加热丝材质无须采用特殊材质，根据加热性能、成本等可进行不同选择，节约维修成本，同时拆卸、更换部件所耗费的人力、时间成本大大减少；该加热器除了改变电阻丝的结构外，并不减少其常备功能，如快速冷却、测量热电偶、过温保护热点偶等。

本实用新型达到的第二个技术效果为：每一组电阻丝元件中，具有相同型号规格且平行竖直排列、在同一设置高度的电阻丝元件中两两相邻的电阻丝元件之间的水平距离相等，以保证每个电阻丝元件中间留有间隔，不会在一个电阻丝元件烧坏或熔断时依次影响到相邻的电阻丝元件，造成电阻丝元件大面积短路，从而起到安全防护作用，延长加热器的寿命。

本实用新型达到的第三个技术效果为：提供设置有上述加热器的半导体制造工艺的立式炉管机台，该机台内的加热器便于拆卸维修，整体延长了机台的使用寿命，提高了机台的使用效率，同时，本实用新型提供的加热器不仅仅用于半导体炉管机台，也可以用于其他技术加工领域。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的半导体炉管机台加热器的结构示意图。

图2为本实用新型的半导体炉管机台加热器外框的结构示意图。

图3为本实用新型的半导体炉管机台电阻丝元件的截面示意图。

图4为本实用新型的半导体炉管机台加热器外框顶部示意图。

图5为本实用新型的半导体炉管机台加热器外框底部示意图。

图6为本实用新型的实施例中五种不同型号规格的电阻丝元件的截面示意图。

图7为本实用新型的加热器外框底部连接组件设置有外部接点的示意图。

图8为本实用新型的不同型号规格的电阻丝元件中同种型号规格的电阻丝元件串联后设置有外部接点的示意图。

图中：

101、顶部；103、底部；102、加热器；104、侧部；

1、加热器外框；2、电阻丝元件组；3、组件固定区；

4、降温气体流通区；5、顶部连接组件；6、底部连接组件；

7、分区加热上接点；8、分区加热下接点；

9、正电压接点；10、负电压接点；

9a、10a、外部接点；

2a、型号为A的电阻丝元件；

2b、型号为B的电阻丝元件；

2c、型号为C的电阻丝元件；

2d、型号为D的电阻丝元件；

2e、型号为E为的电阻丝元件。

具体实施方式

为更好地理解本实用新型的精神，下面结合附图并通过具体实施例对实用新型做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的本实用新型的保护范围。

从图1-图3可以看出，一种半导体立式圆筒体炉管机台加热器102，包括加热器外框1及多组电阻丝元件2，加热器外框1具有顶部101、底部103及位于顶部101和底部103间的侧部104，侧部104形成有组件固定区3及降温气体流通区4，多组电阻丝元件2安装于组件固定区3中，该组件固定区可以是固定保温石膏层，降温气体流通区4位于侧部104和组件固定区3之间，每一组的电阻丝元件2安装在侧部104的相同高度，不同组之间的电阻丝元件2以等距环状分散、交错插排及循环方式竖直独立排列在侧部104的不同高度，并且顶部101设置有顶部连接组件5，顶部连接组件5串联整合连接在同一设置高度的电阻丝元件2的分区加热上接点7，底部103设置有底部连接组件6，底部连接组件6串联整合连接在同一设置高度的电阻丝元件2的分区加热下接点8，从图3中可以看到每组电阻丝元件2中包含五种不同型号规格的电阻丝元件，该五种型号电阻丝元件分别为型号规格为A的电阻丝元件2a、型号规格为B的电阻丝元件2b、型号规格为C的电阻丝元件2c、型号规格为D的电阻丝元件2d和型号规格为E的电阻丝元件2e,结合图1和图3可以看出每五种不同型号规格的电阻丝元件为1组，在侧部104的不同高度等距环状分散、交错插排及循环方式竖直独立排列，可以重复循环设置，加热器需要设置多少种型号规格的电阻丝元件，依据竖直区域独立控制的模式的要求设置，重复组数可根据加热温度、升温速度等需求参数适当调整。

每个电阻丝元件可单独安装或拆卸，每个电阻丝组件具有一个分区加热上接点及一个分区加热下接点,串联后的每种型号规格的电阻丝元件2a、2b、2c、2d和2e分别单独设置有五个对应的正负电压接点，位于上述电阻丝元件的两端，第一连接端为正电压接点9，对应的第二连接端为负电压接点10，该接点可设置为外部电源接点，实现单独电源供给，通过设置多个外部电源接点，在加热器电阻丝元件出现问题时，可以通过外部电源接点检测发生故障的位置，拆卸发生故障的电阻丝元件。

从图4和图5可以看到，图4显示的是半导体炉管机台加热器外框的顶部结构，五种不同型号规格的加热器电阻丝元件中同种型号规格的电阻丝元件串联，连接部位在加热器上下部，每五种规格型号的电阻丝元件为1组，顶部101设置有顶部连接组件5，顶部连接组件5串联整合连接在同一设置高度的电阻丝元件2的分区加热上接点7；图5显示的是半导体炉管机台加热器外框的底部结构，底部103设置有底部连接组件6，底部连接组件6串联整合连接在同一设置高度的电阻丝元件2的分区加热下接点8，底部连接组件6也可以设置外部接点，每个电阻丝组件具有一个分区加热上接点及一个所述分区加热下接点，连接组件的存在也便于加热器电阻丝元件出现问题时，可以从加热器顶部或底部进行拆卸，通过从加热器顶部或加热器底部的连接组件拆卸故障的电阻丝，免于对整个加热器进行拆卸修理，节省时间和物力。

从图6可以看到，在同一设置高度的电阻丝元件2具有相同型号规格且平行竖直排列，在同一设置高度的所述电阻丝元件2中电阻丝元件之间的水平距离相等，每个电阻丝元件之间形成间隔，起到安全防护作用，从而延长加热器的寿命。

从图1和图6可以看到，五种不同型号规格的电阻丝元件组代表5种不同的温控区域，每五种不同型号的电阻丝元件组为1组，在加热器本体上可以循环、重复设置12组5种不同型号规格的电阻丝元件，重复组数可根据加热温度、升温速度等需要参数适当调整。

通过本实用新型的结构，不会改变加热器原有的如快速冷却、测量热电偶、过温保护热电偶等功能，通过五个垂直区域独立控制各种温度，根据各区域的温度动态调整各区域的加热功率，使较低温度的区域加热功率较大，而较高温度的区域加热功率较小，在整个加热升温过程中，始终有区域在以预设加热功率加热，无须等待，实现了在高效率加热的前提下减小了加热升温过程中各区域之间的温差，从而防止了被加热物体被破坏，并且缩短了加热时间。

需要说明的是，上述分为五种型号规格的电阻丝元件组代表5个垂直区域独立控制温度的模式仅为举例，实际可以根据需要划分区域以及设定各区域的目标温度，并不限于上述的数值。

图7为本实用新型的底部连接组件6设置有外部接点的示意图；图8为本实用新型的不同型号规格的电阻丝元件中同种型号规格的电阻丝元件串联后设置有外部接点的示意图，两幅图主要说明加热器设置有多个外部接点的作用。

从图7可以看出，半导体炉管机台加热器外框中底部连接组件6上设置有外部接点(请见图1)，一侧为正电压接点9，与该侧对应的另一侧为负电压接点10，外部接点设置在该位置是最便捷的检修地点。

从图8可以看出，图中表示五种不同型号的电阻丝元件组分别为型号规格为A的电阻丝元件2a,型号规格为B的电阻丝元件2b,型号规格为C的电阻丝元件2c,型号规格为D的电阻丝元件2d,型号规格为E的电阻丝元件2e,依据型号规格的数量设置对应数量的正负电压接点，从图8中可以看出为5个外部接点，外部接点位于串联后的相同型号规格的电阻丝元件两端，第一连接端为正电压接点9a，对应的第二连接端为负电压接点10a，该接点可设置为外部电源接点，即不同型号规格的电阻丝元件进行独立电源输入，可实现不同区域独立控温，在加热器上设置上述多个外部电源接点，一方面是为了加热器多点接入电源方便工作，另一方面是为了和上述便于拆装的电阻丝元件相对应，方便查找电热器发生故障的部位，便于检测和拆装、维修。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。