一种管线化学加热器的制作方法

本发明涉及加热器领域，具体是指一种管线化学加热器。

背景技术：

1、半导体工业依赖于由很多被精心控制的工序组成的工艺来生产高精度的硅金属结构，通常被人们称为集成电路或芯片。制造工艺的每个工序都需要先进的设备来监测硅晶圆和众多工艺气液体的状态。为达到理想的制造结果，这些工艺流体通常需要处于指定温度下，温度不能过高或过低。有时这些流体具有毒性或腐蚀性，比如硫酸、磷酸、盐酸、氨水合物，为了保护操作工和设备，其加热过程需要在安全环境下进行控制。此外半导体工业会消耗大量能量，这其中加热冷却系统的耗能最多。为了世界范围内节能减排的需求，这些需要提高这些加工过程的效率。

2、半导体工业在过去的数十年间已历过众多的加热腐蚀性化学物方法发展和进步。早年使用不锈钢或塑料容器，但是由于化学物本身的腐蚀性和高温，导致其系统寿命较短。其后人们设计了一种用玻璃或石英制作的容器，这些材料更加耐腐蚀，而且石英即使在高温下也具有较好的强度。然而就连石英也会被高温(150℃以上)的磷酸腐蚀或毁坏，通常在半导体工业流程中这种磷酸还需要保持在160-170℃之间。目前最新的设计使用红外(ir)加热系统，通过热辐射将热量传递到两层石英璧外的液体内，而腐蚀性液体无需与加热器相接触。加热器的保护石英套外壁和化学物腔体石英璧中有层空气间隙，这使得任何化学物容器中的泄露在不会损坏加热器的前提下触发泄露探测器。然而ir加热系统的效率很低，因此需要一个功率极高的加热器，有时功率会达到加热液体必要功率的三倍。大量的红外能量被石英和空气夹层所吸收，局部温度有时会达到180℃以上。在加热磷酸时，这就导致了石英的被腐蚀速度指数型增长。考虑这样一个案例，磷酸被用在晶圆制造的蚀刻工艺中，蚀刻容器和管线加热器之间循环的磷酸需要保持在指定的165℃。当温度控制器能够尽量精确地维持化学物的温度时，将一盒低温晶圆放入蚀刻容器后将使得磷酸温度大幅降低。此时温度控制器会提高加热功率,而石英璧吸收大量红外辐射，其温度将大幅超过180℃，石英璧附近的磷酸局部温度也将超过180℃。这就导致此时石英的被腐蚀速率超过初始设计时估算。不仅大量热量被浪费，还降低了化学物腔体容器的寿命。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种管线化学加热器，包括红外线加热器，所述红外线加热器外的液体化学管道，所述液体化学管道内设置与红外线加热器外壁对应的石英管道，所述石英管道壁与红外线加热器之间设置间隔，所述间隔内填充有相变材料，所述红外线加热器的数量为多个，所述液体化学管道内设置数个石英翅片。

2、进一步地，所述相变材料的相变点在160-175℃之间。

3、进一步地，所述红外线加热器的数量为五个，其均匀分布于液体化学管道内。

4、进一步地，所述石英翅片包括设置于红外线加热器外的横向加热翅片以及设置于液体化学管道四角处的斜向加热翅片。

5、进一步地，所述液体化学管道一端设置进液管，另一端设置出液管。

6、本发明与现有技术相比的优点在于：

7、(1)本发明在红外线加热器与液体化学管道之间增加能够捕捉吸收大范围红外光谱内能量的媒介材料，避免这部分能量将浪费。

8、(2)本发明通过专用媒介材料，与化学物腔体直接传导热量，热传导相比热辐射的速率更高。

9、(3)本发明中选择的相变材料，相变点在160-175℃之间，以应对半导体蚀刻工艺中磷酸的使用目标温度。

10、(4)本发明利用材料的相变性质来维持恒温，不受工艺波动影响，且能防止磷酸被局部过度加热导致的腐蚀速率增加。

11、(5)当加热其他相比磷酸温度更低的化学物时，相变媒介保持固态并传导热量，相比通过空气夹层的传热速率更高。

12、(6)石英化学物腔体内部结构通过设置石英翅片优化为增强湍流效果而增强对流传热，通过平衡、优化热传导、热对流、热辐射三种传热方法，来最大化热交换总量，最小化能量浪费且增加传热效率。

技术特征：

1.一种管线化学加热器，其特征在于，包括红外线加热器，所述红外线加热器外的液体化学管道，所述液体化学管道内设置与红外线加热器外壁对应的石英管道，所述石英管道壁与红外线加热器之间设置间隔，所述间隔内填充有相变材料，所述红外线加热器的数量为多个，所述液体化学管道内设置数个石英翅片。

2.根据权利要求1所述的一种管线化学加热器，其特征在于，所述相变材料的相变点在160-175℃之间。

3.根据权利要求1所述的一种管线化学加热器，其特征在于，所述红外线加热器的数量为五个，其均匀分布于液体化学管道内。

4.根据权利要求1所述的一种管线化学加热器，其特征在于，所述石英翅片包括设置于红外线加热器外的横向加热翅片以及设置于液体化学管道四角处的斜向加热翅片。

5.根据权利要求1所述的一种管线化学加热器，其特征在于，所述液体化学管道一端设置进液管，另一端设置出液管。

技术总结
本发明公开了一种管线化学加热器，包括红外线加热器，所述红外线加热器外的液体化学管道，所述液体化学管道内设置与红外线加热器外壁对应的石英管道，所述石英管道壁与红外线加热器之间设置间隔，所述间隔内填充有相变材料，所述红外线加热器的数量为多个，所述液体化学管道内设置数个石英翅片；本发明在红外线加热器与液体化学管道之间增加能够捕捉吸收大范围红外光谱内能量的媒介材料，避免这部分能量将浪费；通过专用媒介材料，与化学物腔体直接传导热量，热传导相比热辐射的速率更高；本发明利用材料的相变性质来维持恒温，不受工艺波动影响，且能防止磷酸被局部过度加热导致的腐蚀速率增加。

技术研发人员：沈皓光,张汝京,袁正一
受保护的技术使用者：昇瑞光电科技（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13