CN100507073C - 感受器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感受器系统，用于处理基片和/或晶片的装置，该感受器系统提供有由至少两个壁界定的处理腔室(1)，并有至少一个加热螺线管(9)；该感受器系统包括至少一个感受器元件(2、3)，该感受器元件由外表面界定，并由适于通过电磁感应加热的导电材料制成；感受器元件(2、3)为空心的，且该感受器元件(2、3)的外表面的第一部分适于作为处理腔室(1)的壁，而该感受器元件(2、3)的外表面的第二部分适于布置成靠近加热螺线管(9)。

Description

感受器系统
技术领域
本发明涉及一种用于处理基片和/或晶片的装置的感受器系统。
背景技术
为了产生集成电路，需要处理基片和/或晶片；它们可以由一种材料(半导体或绝缘体)或多种材料(导体、半导体和绝缘体)制成；术语“基片”和术语“晶片”实际上通常指相同物品，也就是通常为盘形的薄元件；当元件基本只用作半导电材料的支承层或结构时使用术语“基片”；在其它情况下通常使用术语“晶片”。
涉及加热的有纯粹的热处理和化学/物理处理。
通常，为了在基片上外延地(epitaxially)生长半导电材料(Si、Ge、SiGe、GaAs、AlN、GaN、SiC...)，当材料生长质量适用于微电子用途时需要高温。对于半导电材料例如硅，使用的温度通常从1000℃至1100℃。对于半导电材料例如碳化硅，需要甚至更高的温度，特别是，使用的温度通常从1500℃至2000℃。
因此，用于碳化硅或类似材料的外延生长的反应器首先需要产生热量的系统，从而能够在反应腔室能达到这些温度；当然，希望系统不仅能够有效产生热量，而且要高效。因此，具有热壁的反应腔室用于这种反应器中。
加热反应腔室的壁的一种最合适方法是基于电磁感应的方法；提供了由导电材料制成的元件、感应器和交流电流(频率通常在2kHz和20kHz之间)，电流在感应器中流动，以便产生可变磁场，元件定位成使它浸没在可变磁场中；由于可变磁场而在元件中感应的电流使得元件通过焦耳效应而加热；这种加热元件称为感受器，且当使用合适材料时能够直接用作反应腔室的壁。
用于碳化硅或类似材料的外延生长的反应器还需要反应腔室很好地与外界环境绝热，以便特别限制热损失，并将很好地密封，以便一方面防止污染外部环境的反应气体扩散，另一方面防止污染反应环境的气体从外部环境进入。
下面将简要介绍在用于碳化硅的外延生长的反应器中适用的一些已知感受器。
美国专利US5879462介绍了一种柱形感受器(圆形截面)，它有内部空腔(该内部空腔作为反应腔室)，该内部空腔沿纵向方向延伸，并有基本矩形截面；该感受器整个由粉末形式的碳化硅制成；加热通过包围感受器并辐射射频场的装置来进行。
美国专利US5674320介绍了一种柱形感受器(基本椭圆形截面)，它有两个内部空腔(这两个内部空腔作为反应腔室)，这两个内部空腔沿纵向方向延伸，并有相同和基本矩形的截面；该感受器能够形成为单件或由两个相同部件形成(各部件有一个内部空腔)；感受器部件由石墨制成，并涂覆有一层碳化硅；在两部件感受器中，部件通过石墨螺钉而机械连接在一起，并彼此电绝缘，特别是通过一层碳化硅而绝缘；加热由包围感受器的装置通过电磁感应来进行；在石墨中感应的电流在各空腔的四周流动。
美国专利US5695567公开了一种棱柱形感受器(六边形截面)，它有内部空腔(该内腔作为反应腔室)，该内部空腔沿纵向方向延伸，并有基本矩形截面；该感受器制成为4个部件；感受器部件由石墨制成，并涂覆有一层碳化硅；部件通过石墨螺钉而相互机械连接；两个碳化硅板覆盖感受器的上下部件，以便使得侧部件与上下部件分离；加热由包围感受器的装置通过电磁感应来进行；在石墨中感应的电流在界定空腔的各部件中流动。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于处理基片和/或晶片的装置的感受器系统，该感受器系统适于利用螺线管通过电磁感应而加热，该感受器系统均匀、有效和高效地加热处理腔室，特别是，该感受器具有较低的热惯性和良好的加热能力，且该感受器系统还有简单的结构。
该目的通过本发明的感受器系统来实现。
根据本发明，提供了一种感受器系统，用于处理基片和/或晶片的装置，该感受器系统设有由至少两个壁界定的处理腔室，并有至少一个加热螺线管；它包括至少一个感受器元件，该感受器元件由外表面界定，并由适于通过电磁感应加热的导电材料制成；其特征在于：所述至少一个感受器元件为空心的，以便具有沿纵向方向延伸的至少一个通孔，且所述至少一个感受器元件的所述外表面的第一部分适于作为处理腔室的壁，而所述至少一个感受器元件的所述外表面的第二部分适于布置得靠近加热螺线管。
本发明的原理就是使用感受器元件，该感受器元件为空心，并形成为使得它的一部分布置成靠近用于处理基片和/或晶片的腔室(为了良好的换热)，并使它的一部分布置成靠近螺旋管(为了良好的磁耦合)。
根据另一方面，本发明还涉及一种适于处理基片和/或晶片的装置，设有由至少两个壁界定的处理腔室，其特征在于，它包括：如上所述的感受器系统，该感受器系统靠近处理腔室；以及至少一个螺线管，该螺线管缠绕感受器系统和处理腔室，并适于通过电磁感应而加热感受器系统。
附图说明
通过下面结合附图的说明，将更清楚本发明，附图中：
图1是本发明的感受器系统的示意轴测图，其中有一些附加元件；
图2是表示本发明第一实施例的感受器系统的示意剖视图；
图3是表示本发明第二实施例的感受器系统的示意剖视图；
图4是表示本发明第三实施例的感受器系统的示意剖视图；
图5是表示本发明第四实施例的感受器系统的示意剖视图；以及
图6A和6B是本发明感受器系统的底壁的示意轴测图，该下部壁有滑动器，且该滑动器分别完全插入和取出。
具体实施方式
下面将参照附图中所示的实施例对本发明进行描述，但并不局限于这些实施例。
本发明的感受器系统特别设计成用于处理基片和/或晶片的装置，它提供有由至少两个壁界定的处理腔室，并有至少一个加热螺线管；它包括至少一个感受器元件，该感受器元件的特征在于它由外表面界定，并由适于通过电磁感应加热的导电材料制成；具有这些特征的一个或多个感受器元件为空心，且它的外表面的第一部分适于作为处理腔室的壁，而它的外表面的第二部分适于布置成靠近加热螺线管。
参考图1，处理腔室表示为1，螺旋管表示为9；在图1的实施例中，有两个空心感受器元件(由导电材料制成，表示为2和3)和两个非空心感受器元件(表示为4和5)；各感受器元件2、3、4、5的外表面的第一部分适于作为处理腔室1的壁，且各感受器元件2、3、4、5的外表面的第二部分适于布置成靠近加热螺线管9。
通过该结构，感受器元件可以形成为这样，即它的一部分布置成靠近处理腔室，这产生良好的热交换，且其还有一部分布置成靠近螺线管，这产生良好的磁耦合；基本所有感应电流都在这两部分中流通，因为从电观点来看，空心感受器元件基本构成网，且重要的是，基本所有感应电流(该感应电流引起加热)都恰好在处理腔室附近流通；由于感受器元件为空心，它的质量明显较低，因此它的热惯性明显较低。
感受器元件的、作为处理腔室的壁的外表面部分必须能承受处理腔室的高温和侵蚀性环境；为了有利于该功能，感受器元件优选是可以至少在该区域提供有热和化学保护装置。
该保护装置可以由在感受器元件内部的、至少一个惰性和耐火材料的表面层而构成；这是图2和图3的实施例的空心感受器元件2和3中的情况。在这两个实施例中，该层超过处理腔室的界限延伸。
也可选择，该保护装置可以由靠近感受器元件外表面的、至少一个由惰性和耐火材料制成的板而构成；这是图4和图5的空心感受器元件2和3的情况；在这两个实施例中，板超过处理腔室的界限延伸。
而且，保护装置可以选择由在感受器元件内部的、至少一个惰性和耐火材料的表面层以及靠近感受器元件外表面的、至少一个由惰性和耐火材料制成的板的组合而构成。
因为电流(由螺线管感应形成)流过感受器元件，因此，在某些情况下优选是惰性和耐火材料的层和/或板也为电绝缘，以便防止在处理腔室中的电火花和/或漏电。
特别适于制造由导电材料制成的感受器元件的物质是石墨；不过，石墨不能承受处理腔室的典型环境，因此必须由一种从化学和热观点来看更耐久的材料来保护。只有在靠近腔室的区域才严格需要石墨的保护装置，但是有时更方便的和/或更有利的是制造整个保护装置，或者至少超过最少所需。
适用于制造保护层和/或板的化合物是碳化硅，不过，当腔室也用于碳化硅的外延生长时，优选是使用甚至更耐久的化合物，例如碳化铌、碳化硼或碳化钽；其中，后两种化合物也有作为电导体的特性。
可用于制造保护层和/或板的其它化合物是某些氮化物；其中可以有氮化硅、氮化铝，特别是氮化硼。当例如将在腔室中处理碳化硅时，应当非常小心地使用氮化物；实际上，当氮原子将从涂层中分离时，它们将搀杂碳化硅。
当层和/或板将由导电材料制成时，例如可以使用碳化钽或碳化硼。
应当知道，上述化学物质的物理特性取决于它们的同素异形类型，还取决于制造方法；例如，碳、碳化硅和氮化硼有多种稳定的同素异形类型，具有非常大的物理特性差异；还有，例如对于石墨，它能够制造具有良好导热和导电性的材料以及制造具有较差导热和导电性的材料；最后，向材料中添加化学化合物能够改变它的某些物理特性。
保护层基本可以以两种方法来制造：通过化学反应或通过物理施加。例如，由碳化物制成的层通常更容易通过在石墨件上的化学反应来制造。有一些公司专门制造这些层。
对于保护层的厚度，对于碳化硅，它例如可以为100μm，而对于碳化钽，例如可以为20μm；所使用的厚度首先取决于材料的特性和所需的功能。
优选是，感受器元件可以制成空心，以便有至少一个沿纵向方向延伸的孔，优选是通孔；这样，感应电流必须限定在周边区域，因此必须非常靠近处理腔室地流动；这是图中所示的所有实施例的情况，其中，感受器元件2有通孔21，且感受器元件3有通孔31。实际上，各感受器元件的通孔数目可以大于一，但是效果基本没有变化。
图中所示的所有实施例都包括两个空心感受器元件2、3；这两个感受器元件中的一个的外表面的第一部分以及另一个的外表面的第一部分适于分别作为处理腔室1的上部壁和下部壁；这两个感受器元件中的一个的外表面的第二部分以及另一个的外表面的第二部分适于布置成靠近加热螺线管9；这样的优点是在数量上倍增。
当两个壁为合适形状时，它们足以完全界定处理腔室(在顶部和在底部)。不过，在图中所示的所有实施例中，优选是还包括两个感受器元件4、5，这两个感受器元件4、5分别适于作为处理腔室1的右侧壁和左侧壁。
即使当本发明的感受器系统由四个感受器元件构成时，如图中所示的所有实施例，它的结构也非常简单；实际上，壁可以简单地靠拢布置和插入合适隔腔中，如图1所示；不过，感受器系统的结构可以通过用于使元件相互连接的简单纵向肋和/或槽而变得更牢固。
这些侧部感受器元件可以由电绝缘材料制成，此外该电绝缘材料还为惰性和耐火；因此它们能够承受处理腔室的高温和侵蚀性环境，同时还能够防止在空心感受器中流通的电流泄漏，并减小产生电火花的可能性。
特别适于制造侧部感受器元件的化合物是碳化硅；而且这时，它们有良好的导热性，因此获得良好的被动加热。
特别适于制造侧部感受器元件的另一化合物是氮化硼；这时，它们也有良好的导热性，因此获得良好的被动加热；实际上，当该化合物具有六边形同素异形类型时，物理特性类似于石墨的物理特性，而当它具有立方体同素异形类型时，物理特性类似于金刚石的物理特性；根据制造方法，能够制造一种或其它同素异形类型。
也可选择，侧部感受器元件可以由导电材料制成，并有助于主动加热处理腔室。这时，它们的、靠近处理腔室的表面部分也必须能够承受处理腔室的高温和侵蚀性环境；为了有利于该功能，这些感受器元件优选是可以至少在该区域提供有热和化学保护装置。
在图3和图4的实施例中，侧部感受器元件4和5提供有保护装置，该保护装置由在感受器元件内部的、至少一个惰性和耐火材料的表面层而构成。
在图5的实施例中，侧部感受器元件4和5提供有保护装置，该保护装置由靠近感受器元件表面的、至少一个由惰性和耐火材料制成的板而构成。
根据感受器元件2和3的制造方法，用于侧部感受器元件的保护装置可以由导电或电绝缘材料制成。
当侧部感受器元件并不用作处理腔室的主加热源时，如果它们不是空心，则它更简单，因此更有利；这时，侧部感受器元件比上部和下部的感受器元件小得多；这是图中所示的所有实施例中的情况。
最佳的几何方案(它共用于图中所示的所有实施例)包括：空心感受器元件，该空心感受器元件基本均匀地沿纵向方向延伸，且它的截面的外形基本为一段圆或一段椭圆；以及非空心感受器元件，该非空心感受器元件基本均匀地沿纵向方向延伸，且它的截面为基本矩形或梯形形状。
这种感受器系统通常可用于适合处理基片和/或晶片的装置，这是本发明的另一方面。
下面将非限定地参考图1介绍本发明的装置。
本发明的装置提供有由至少两个壁界定的处理腔室，并基本包括感受器系统，该感受器系统有：空心感受器元件，该空心感受器元件靠近处理腔室；以及至少一个螺线管，该螺线管缠绕感受器系统和处理腔室，并适于通过电磁感应来加热感受器系统。
在图1中，处理腔室表示为1；感受器系统由表示为2、3、4、5的四个感受器元件组成，其中的两个感受器元件(也就是元件2和3)为空心；螺线管表示为9。
优选是，感受器系统在装置中沿纵向方向延伸，且本发明的感受器系统的截面外形为沿纵向方向基本均匀，并基本为圆形或椭圆形；这样，感受器系统实际上容易制造，且能够很容易地与用于加热它的螺线管进行良好连接。
装置的处理腔室的截面形状也优选是沿纵向方向基本均匀；这样，实际实施将简化。
在已知反应器中，腔室的截面沿纵向方向减小，以便补偿产物母体浓度的降低。相反，本发明通过使得基片或晶片旋转和使用较高反应气体流量来解决该问题；该较高气体流量还有能够有效和快速地从反应腔室中除去任何固体颗粒的优点。
优选是，处理腔室的平均宽度为处理腔室的平均高度的至少三倍，更优选是至少五倍；这样，处理腔室的加热实际在更大程度上是由于空心感受器元件的壁引起的。
优选是，本发明的装置可以包括第一构件7，该第一构件7包围处理腔室1和感受器系统，且该第一构件7基本由沿纵向方向延伸的耐火和绝热材料管而构成；这时，螺线管9缠绕第一构件7。
优选是，本发明装置还可以包括适于包围第一构件7的第二密封构件8；这时，螺线管9还缠绕第二构件8。
这些结构可以由单部件或者合适连接在一起的多部件而形成。
当装置的感受器系统具有提供了通孔的壁时(与图中所示的实施例相同)，装置优选是可以包括适于使得至少一个气流流入至少一个通孔内的装置；气流可以用于除去从通孔的内壁脱落的任何颗粒；气流还可以用于稍微改变感受器系统的温度；氩气或更普通的惰性气体特别适用于前一种功能；例如氢气特别适用于后一种功能，特别是用于冷却。
优选是，本发明的装置可以包括滑动器，该滑动器在图6A中表示为6，安装在处理腔室中，并适于支承至少一个基片或至少一个晶片；滑动器可以以引导方式沿纵向方向滑动；因此方便用于插入和取出基片或晶片的操作；实际上，基片或晶片在处理腔室外部操作，并通过滑动器的运动而插入和取出。
实际上，优选是使得感受器系统(在图6的实施例中为下部感受器元件3)布置成具有引导件(在图6B中表示为32)，该引导件适于接收滑动器(在图6A中表示为6)，且该引导件沿纵向方向延伸，从而使得滑动器能够沿该引导件滑动。在图6的实施例中，引导件32整个形成于感受器元件3内，且滑动器6有扁平上表面，该上表面基本与感受器元件3的扁平上表面对齐；这样，处理腔室1的有效截面为基本矩形和规则形状(就象没有提供滑动器6)。
为了更均匀地处理基片或晶片，滑动器可以包括至少一个盘，用于支承至少一个基片或至少一个晶片，且该滑动器可以提供有用于可旋转地装入该盘的凹口；在图6的实施例中，滑动器6包括单个盘(在图6A中表示为61)，并提供有用于装入该盘的相应凹口(在图6A中表示为62)。
通过附加其它部件，本发明的装置可以用作用于使碳化硅或类似材料在基片上外延生长的反应器。
碳化硅是非常有前途的半导体材料，但是还很难处理。上述大部分特征特别设计成用于该用途和用于该材料。
通过附加其它部件，本发明的装置也可以用作用于对晶片进行高温热处理的装置。

Claims (26)

1.一种感受器系统，用于处理基片和/或晶片的装置，该感受器系统设有由至少两个壁界定的处理腔室(1)，并有至少一个加热螺线管(9)；它包括至少一个感受器元件(2、3)，该感受器元件由外表面界定，并由适于通过电磁感应加热的导电材料制成；其特征在于：所述至少一个感受器元件(2、3)为空心的，以便具有沿纵向方向延伸的至少一个通孔，且所述至少一个感受器元件(2、3)的所述外表面的第一部分适于作为处理腔室(1)的壁，而所述至少一个感受器元件(2、3)的所述外表面的第二部分适于布置得靠近加热螺线管(9)。
2.根据权利要求1所述的感受器系统，其中：所述至少一个感受器元件(2、3)至少在所述外表面的所述第一部分上设有热和化学保护装置。
3.根据权利要求2所述的感受器系统，其中：所述保护装置由在所述至少一个感受器元件(2、3)内部的至少一个惰性和耐火材料的表面层而构成。
4.根据权利要求2所述的感受器系统，其中：所述保护装置由与所述至少一个感受器元件(2、3)的所述外表面相邻的至少一个惰性和耐火材料的板而构成。
5.根据权利要求2所述的感受器系统，其中：该保护装置通过由在所述至少一个感受器元件(2、3)内部的至少一个惰性和耐火材料的表面层以及与该至少一个感受器元件(2、3)的所述外表面相邻的至少一个惰性和耐火材料的板的组合而构成。
6.根据权利要求3至5中任意一个所述的感受器系统，其中：该惰性和耐火材料也电绝缘。
7.根据权利要求1至5之一所述的感受器系统，还包括：两个空心感受器元件(2、3)；这两个感受器元件中的一个(2)的外表面的第一部分以及这两个感受器元件中的另一个(3)的外表面的第一部分适于分别作为处理腔室(1)的上部壁和下部壁；且这两个感受器元件中的一个(2)的外表面的第二部分以及这两个感受器元件中的另一个(3)的外表面的第二部分适于布置得靠近加热螺线管(9)。
8.根据权利要求7所述的感受器系统，还包括：两个感受器元件(4、5)，这两个感受器元件由电绝缘且惰性的耐火材料制成，并分别适于作为处理腔室(1)的右侧壁和左侧壁。
9.根据权利要求7所述的感受器系统，还包括：两个感受器元件(4、5)，这两个感受器元件由导电材料制成，并分别适于作为处理腔室(1)的右侧壁和左侧壁。
10.根据权利要求9所述的感受器系统，其中：侧部感受器元件(4、5)至少在其靠近处理腔室(1)的部分表面上设有热和化学保护装置。
11.根据权利要求8所述的感受器系统，其中：侧部感受器元件(4、5)并不是空心的。
12.根据权利要求1至5之一所述的感受器系统，其中：至少一个所述空心感受器元件(2、3)基本均匀地沿纵向方向延伸，且其截面的外形基本为一段圆形或椭圆形。
13.根据权利要求11所述的感受器系统，其中：至少一个所述非空心的侧部感受器元件(4、5)基本均匀地沿纵向方向延伸，且其截面为基本矩形或梯形的外部形状。
14.一种适于处理基片和/或晶片的装置，设有由至少两个壁界定的处理腔室(1)，其特征在于，它包括：如权利要求1至13中任意一个所述的感受器系统，该感受器系统靠近处理腔室(1)；以及至少一个螺线管(9)，该螺线管(9)缠绕感受器系统和处理腔室(1)，并适于通过电磁感应而加热感受器系统。
15.根据权利要求14所述的装置，其中：感受器系统沿纵向方向延伸，且该感受器系统的截面外形沿纵向方向基本均匀，并基本为圆形或椭圆形。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其中：处理腔室(1)沿纵向方向延伸，且该处理腔室(1)的截面形状沿纵向方向基本均匀。
17.根据权利要求16所述的装置，其中：处理腔室(1)的平均宽度为处理腔室(1)的平均高度的至少三倍。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于：处理腔室(1)的平均宽度为处理腔室(1)的平均高度的至少五倍。
19.根据权利要求14所述的装置，还包括：第一构件(7)，该第一构件(7)包围处理腔室(1)和感受器系统，且该第一构件(7)基本由沿纵向方向延伸的耐火和绝热材料管而构成，且螺线管(9)缠绕第一构件(7)。
20.根据权利要求19所述的装置，还包括：适于包围第一构件(7)的第二密封构件(8)，其中，螺线管(9)还缠绕第二构件(8)。
21.根据权利要求14所述的装置，还包括：用于使得至少一个气流流入感受器系统的至少一个通孔(21、31)内的装置。
22.根据权利要求14所述的装置，还包括：滑动器(6)，该滑动器安装在处理腔室(1)中，并适于支承至少一个基片或至少一个晶片，滑动器(6)可以以被引导的方式沿纵向方向滑动。
23.根据权利要求22所述的装置，其中：感受器系统有引导件(32)，该引导件适于接收滑动器(6)，且该引导件沿纵向方向延伸，从而使得滑动器(6)能够沿该引导件(32)滑动。
24.根据权利要求22所述的装置，其中：滑动器(6)包括至少一个盘(61)，该盘适于支承至少一个基片或至少一个晶片，且该滑动器设有用于可旋转地容纳该盘(61)的凹口(62)。
25.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：它是用于使得碳化硅在基片上外延生长的反应器。
26.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：它是用于晶片的高温热处理的装置。
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