CN101399161B - 半导体工件热处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种装置和方法，用于在两个垂直布置的热处理室内迅速并双面地热处理半导体工件，其中每个室包含一第一热处理源和一第二热处理源，两室之间以一可伸缩门隔开。本发明采用的双面热处理机制提高了热处理的效率和均匀性，并且减少了热应力的不匹配所导致的半导体工件的变形。

Description

半导体工件热处理方法和装置

技术领域

本发明涉及一种半导体工件热处理的装置和方法，更具体地说，该装置包含两个垂直相连的热处理室，两室之间以一可伸缩门隔开。该装置和方法使得半导体工件的两面能被多种热传递机制在两个不同的设定温度下进行热处理。

背景技术

在半导体工件的生产中，在器件制造的过程中，基底上会有很多薄膜沉积层。这些薄膜沉积层可能具有不同的热膨胀系数并含有污染物、缺陷或者不希望得到的微观结构，它们都对半导体工件的质量有负面的影响。一般说来，在工件被传送到下一个工艺步骤前需要一热处理过程来减少和消除这些负面影响。从而提高沉积层的物理和电学性能。例如铜互连工艺中新鲜沉积的铜膜需要一退火步骤以降低其电阻率，以及在接下来的化学机械抛光步骤前稳定晶粒结构。传统的热处理只使用一个单独的传导、对流或辐射热源。一般来说，该单面热处理过程在垂直于工件表面的方向上沿着其厚度存在一个很大的初始温度梯度。这种温度梯度和各层热膨胀系数的差别，会导致应力的不匹配和工件的变形，这种形变一般被称为“弯曲”。严重的弯曲能导致器件的毁损及产量损失。在实际生产中，半导体工件一般在热处理前会在设定温度下被预热一段时间从而减少“弯曲”的产生。因此热处理的时间延长，同时产量也受到限制。同样的，预冷却步骤的时间也会限制加工量。于是就需要一种具有较小温度梯度和较高效率的半导体热处理的装置和方法。

发明内容

本发明提供了一种装置和方法，用于在两个垂直布置的热处理室内迅速并双面地热处理半导体工件，其中每个热处理室包含一固定热处理源和一额外热处理源，两室之间以一可伸缩门隔开。

在一实施例中，所述装置包括了一加热室和一冷却室，两室垂直布置并以一可伸缩门隔开。所述的可伸缩门具有一加热层和一冷却层。在热处理过程中，所述可伸缩门移入，以隔开加热室和冷却室。对加热过程而言，固定的加热源用于加热半导体工件的背面。而可伸缩门的加热层为加热半导体工件的正面提供了一额外的加热源，所述半导体工件在加热步骤完成之后通过一垂直的传送设备被送入冷却室。在冷却过程中，所述的可伸缩门移入加热室和冷却室之间。固定的冷却源用于冷却半导体工件的正面，而可伸缩门的冷却层为冷却半导体工件的背面提供了一额外的冷却源。

在一实施例中，半导体工件在一加热过程前被被同时从正面和背面预热并在一冷却过程前被同时从正面和背面预冷。

在一实施例中，当进行冷却处理时，可伸缩门可用来移除来自加热室的热量。

在一实施例中，热传导机制和热对流机制在半导体工件的双面热处理中均得到应用。

在一实施例中，提供了一种用于半导体工件热处理的方法。所述方法适用于热处理过程，其垂直布置加热室和冷却室，并以一可伸缩门将两室隔开。该方法包括将可伸缩门移入加热室和冷却室之间，并将一半导体工件送入加热室；开始加热过程；当加热步骤结束后，将可伸缩门移出加热室和冷却室，并将半导体工件从加热室移入冷却室；之后重新将可伸缩门移入两室之间，并开始冷却过程；最后把半导体工件移出冷却室。

采用的双面热处理机制减少了预加热过程和加热过程的时间，提高了热处理的效率和均匀性，并且减少了热应力的不匹配所导致的半导体工件的变形。

附图说明

上述的以及其他本发明的特征、性质和优势将通过下面附图对实施例的描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1所示为一热处理装置的分解图，该热处理装置具有垂直布置的加热室和冷却室，两室之间以一可伸缩门隔开；

图2所示为一热处理装置的侧视图，该热处理装置具有垂直布置的加热室和冷却室，两室之间以一可伸缩门隔开；

图3所示为可伸缩门移入及移出两室之间的方式；

图4A和图4B所示为可伸缩门的俯视图；

图5所示为加热室内同定加热源的示意图；

图6所示为具有两个独立部件的可伸缩门移入和移出两室之间的方式；

图7所示为具有两个独立部件的可伸缩门移入和退出两室之间的另一种方式；

图8所示为另一热处理装置的侧视图，该热处理装置也具有两个垂直布置的热处理室。

具体实施方式

热处理装置第一实施例

根据本发明的一个方面，提供了一种装置，其包含一加热室和一冷却室，两室垂直布置，加热室包含一第一加热源，冷却室包括一第一冷却源，所述的第一加热源或冷却源是一固定的加热或冷却源，加热室和冷却室被一可伸缩门分隔开。所述的可伸缩门在加热或冷却的过程中移入加热室和冷却室之间。可伸缩门为加热半导体工件提供了一额外的加热源，即第二加热源。加热室用固定加热源加热半导体工件的背面并用额外的加热源加热半导体工件的正面从而实现半导体工件的双面同时加热。类似地，在冷却过程中，可伸缩门也移入加热室和冷却室之间。可伸缩门为冷却半导体工件提供一额外的冷却源，即第二冷却源。冷却室以固定的冷却源冷却半导体工件的正面并用额外的冷却源冷却半导体工件的背面从而完成半导体工件双面同时冷却。

图1所示为一热处理装置的分解图，该热处理装置具有垂直布置的加热室和冷却室，两室之间具有一可伸缩门。热处理装置100包含垂直布置的加热室102a和冷却室102b。在图1所述的实施例中，加热室102a位于冷却室102b的下方。加热室102a和冷却室102b被可伸缩门103分隔开。一恒温的固定加热源106位于加热室底部。第一个窗口110位于加热室102a的侧壁用作半导体工件送入加热室的通道。一流体分配部件105也位于加热室102a内，用于在加热过程中提供所需要的流体。一垂直的传送装置107位于加热室的底部。垂直传送装置107包含数个支撑脚(至少3个)，用来固定并传送半导体工件。而垂直传送装置107被一驱动器108所控制。对于本发明，当加热过程完成后，驱动器108升高垂直传送装置107，将半导体工件从加热室102a送入冷却室102b内。在一实施例中，驱动器108可以是步进电机，伺服电机或气缸。第二个窗口109位于冷却室102b的侧壁，用于将半导体工件移出冷却室。一包含流体分配系统的顶部部件101为冷却室提供所需流体，其位于冷却室102b的顶部。可伸缩门103被一驱动器104控制移入和移出两室之间。在一实施例中，驱动器104为一个气缸。需要注意的是，根据本发明，可伸缩门103仅在加热过程或冷却过程中移入到两室之间。可伸缩门还提供一额外的加热源和冷却源从而实现对半导体工件的双面热处理。根据此实施例，所述加热室内的固定加热源是加热线圈或其他加热装置，而额外的冷却源是冷却管道以及在冷却管道中循环的冷却剂，用于移除半导体工件上的热量。

图2所示为一热处理装置的侧视图。所述热处理装置具有一加热室和一冷却室，两室垂直布置并且两室之间以一可伸缩门隔开。图2所示管道211b和211a分别位于加热室102a的壁侧和冷却室102b的壁侧。被用作一种热交换装置。所述热交换过程通过某个固定温度下水或其他流体的循环来完成。

根据图2，固定加热源106位于加热室102a的底部。半导体工件被垂直传送装置107置于固定加热源106上，并从背面被固定加热源以热传导方式加热。根据一实施例，加热室102a内的固定加热源106为加热线圈或其它加热装置。一固定冷却源201位于冷却室102b的顶部。在一实施例中，固定冷却源201位于顶部元件101的底面。固定冷却源201以热对流方式将冷流体传送到工件的正面以冷却半导体工件。与固定热源106相反，固定冷却源201不接触半导体工件。固定冷却源201可以是一多孔板。根据一实施例，固定冷却源201是一冷流体分配装置且其所用流体是从一组流体中筛选出来，该流体组至少包括：惰性流体，惰性流体混合剂或惰性流体与还原性流体的混合剂，其中流体混合剂包含90％-100％的惰性流体和0-10％的还原性流体。并且所述惰性流体从一组流体中被筛选出来，这组流体至少包括：氩气，氦气，氮气或其他惰性流体，而所述还原性流体从一组流体中被筛选出来，这组流体至少包括：氢气或其他还原性流体。

如上所述，本发明中的可伸缩门103在加热和冷却过程中还提供一额外的加热源和一额外的冷却源。图4A和图4B所示为可伸缩门的结构，所述可伸缩门通过一连接件401连接到驱动器104。可伸缩门具有若干个槽以配合垂直传送装置107的通过。例如：垂直传送装置107具有若干个支撑脚用于支撑半导体工件，当可伸缩门103移入或移出室时，槽405被用于配合支撑脚的上下移动，使可伸缩门103能顺利进出。

回到图4A和图4B，该实施例中的可伸缩门103包含两个层，位于可伸缩门上侧的冷却层402和位于可伸缩门下侧的加热层403，冷却层402和加热层403通过连接件互相连接，如图4A和图4B中所示的数个连接脚404。图4A和图4B表明在加热层403和冷却层402之间存在一间隔。额外冷却源406嵌在冷却层402中，额外加热源407位于加热层中，用于冷却和加热半导体工件。冷却层的上表面有一个稍大于半导体工件的凹陷用于容纳半导体工件。在一实施例中，额外冷却源406和额外加热源407可以是流有冷却或加热液体的管道。在一实施例中，冷却层402包括一冷却管道和在冷却管道内循环的冷却剂，它们充当一额外冷却源406，以移除半导体工件中的热量。

需要注意的是，冷却层和加热层的位置是可调换的。根据图4A和图4B中的一实施例，冷却层102b位于加热层102a的正上方，而可伸缩门103位于两室之间。在此实施例中，固定加热源在加热室的底部，即在可伸缩门的下方；同时固定冷却源在冷却室的顶部，即在可伸缩门的上方。冷却层应该置于面向固定冷却源的一边而加热层应该置于面向固定加热源的一边。对熟悉本领域的技术人员来说，显而易见本发明应覆盖下述范围：

可伸缩门具有一面向固定加热源的加热层，以及一面向固定冷却源的冷却层。或，如果可伸缩门具有多层结构(多于图4A和图4B中显示的层)，所述的多层结构将包括：面向固定冷却源的最外层是一冷却层；面向固定加热源的最外层是一加热层，所述冷却层和加热层不直接接触，两者之间存在若干间隔或额外的层面。

根据图4A和图4B所示的实施例，在一冷却过程中，可伸缩门移入加热室和冷却室之间。嵌入冷却层402中的额外冷却源406不仅对半导体工件提供了一额外的冷却源，还用来移除来自加热室的热量。因此半导体工件能够有效地被冷却。例如：在一实施例中冷却层402包含一冷却管道并且在冷却管道内循环流有冷却剂，它们充当了一额外的冷却源406，用于移除半导体工件的热量。

图5所示为加热室内固定加热源的视图。所述固定加热源具有一圆形加热板，板上有两种类型的孔501和502。第一种类型的孔501用于垂直传送装置107的支撑脚穿过以传送半导体工件。而第二种类型的孔502连接在一真空系统上用作半导体工件的真空卡具。第一种类型的孔501的位置对应于支撑脚的位置，通常其位于固定加热源的边缘。一略大于半导体工件的凹陷位于固定加热源的上表面，用于容纳半导体工件。

图3所示为可伸缩门移入和移出热处理室的一种方式。在图3所示的实施例中，所述可伸缩门301通过一进出口303移入或退出室内。可伸缩门301具有图4A和图4B所示的相似的结构。在可伸缩门301上有槽302，当301移动的时候，这些槽302可使垂直传送装置的支撑脚305通过。附图标记304是指固定热源。在这一实施例中，可伸缩门是一单片的部件。

参考图6和图7，其中图6所示为一具有两独立部件的可伸缩门在两室之间移入和移出的方式，而图7示出了具有两独立部件的可伸缩门在两室之间移入和移出的另一种方式。

根据图6，可伸缩门具有两个部分603a和603b。它们由两个驱动器(图中未标明)驱动以移入或移出热处理室。两驱动器的控制原理与上述的驱动器104的控制原理是一样的，所以任何熟悉本领域的技术人员都能够毫无疑问地基于该描述实施这个实施例。回到图6，可伸缩门的各个部件603a和603b都具有两个槽605。当可伸缩门移入或退出处理室的时候，每个槽605匹配一个支撑脚602。可伸缩门的两个部件603通过两个进出口604由相对的方向移入热处理室。

图7所示为可伸缩门的另一种设计。如图7所示，可伸缩门具有两个部件703，它们由两个驱动器(图中未标明)驱动以移入或移出热处理室。702的每个部件仅有一个槽702a和两个凹孔702b以匹配支撑脚705通过。如图7所示，当可伸缩门移动的时候，两个支撑脚将穿过槽702a同时另两个支撑脚将被两个部件703的凹孔所容纳并且不与可伸缩门相接触。因此，可伸缩门的两个部件703只需要两个略大于支撑脚的横截面一半的小凹孔。类似于图6，可伸缩门的两个部件703也通过可伸缩门的两个进出口704由相对的方向移入热处理室中。

根据一实施例，热处理装置在一加热或冷却过程开始前进行一预加热和预冷却过程。对于预加热过程，当半导体被送入加热室后，半导体工件会在固定加热源和加热层之间某个位置停留一段时间，以实现预加热过程，此时，固定加热源和加热层均通过热对流机制同时加热半导体工件的正面和背面。相似地，半导体工件在冷却过程前将被预冷却。在一实施例中，所述的预冷却过程以一种与预加热过程相似的方式进行，而在另一实施例中，当半导体工件从加热室转移入冷却室的时候，预冷却过程已经得以进行。

热处理装置第二实施例

在第一实施例中，垂直布置的两室中处于上方的处理室是冷却室而处于下方的处理室是加热室。在另一实施例中，上方的是加热室而下方是冷却室。图8所示为另一热处理装置的分解视图，其中加热室和冷却室被垂直布置。

如图8所示，热处理装置800包含垂直布置的加热室800a和冷却室800b。在图8所示的实施例中，加热室800a位于冷却室800b的上方，两室之间有一可伸缩门。一固定恒温冷却源804位于冷却室的底部。第一个窗口801位于冷却室800b的侧壁，用于将半导体工件送出冷却室。冷却室800b里还有一流体分配部件802，用于在冷却过程中提供所需流体。一垂直传送装置803位于冷却室的底部。垂直传送装置803包含若干个支撑脚805，至少有3个，用于传送和定位半导体工件。垂直传送装置806由一驱动器(图中未标明)所控制，其与驱动器108(如上所述)的工作原理相同，用于传送和定位半导体工件。当加热步骤完成后，驱动器控制垂直传送装置803将半导体工件从加热室800a送入冷却室800b内。在一实施例中，驱动器可能是一步进电机，一伺服电机或一气缸。第二个窗口809位于加热室800a的侧壁，用于将半导体工件送入加热室。一顶部元件808位于加热室800a的顶部，它包括一流体分配系统并且为加热室800a内提供所需流体。可伸缩门806被一驱动器驱动以移入或移出热处理室。在一实施例中，该驱动器是一个气缸。值得注意的是，根据本发明，可伸缩门仅在进行加热过程或冷却过程时移入两室之间。可伸缩门806还提供一额外的加热源和一额外的冷却源从而实现半导体工件的双面同时加热或冷却。

同样根据图8，固定冷却源804位于冷却室800b的底部。半导体工件由垂直传送装置803置于固定冷却源804上并通过热传导机制进行冷却。同样，一固定加热源807位于加热室800a的顶部。在一实施例中，固定加热源807位于顶部元件808的底表面。固定加热源807通过热对流机制加热半导体工件的正面。

由于第二实施例中加热室和冷却室的位置与第一实施例中的不同，因此在第二实施例中的固定加热源和冷却源的结构也略微不同。在第二实施例中，冷却室中的固定冷却源是冷却循环系统或其他冷却装置，而加热室中的固定加热源是一热流体分配系统。

如上所述，本发明的可伸缩门806在加热和冷却过程中还提供一额外的加热源和一额外冷却源。当加热室和冷却室的位置改变的时候，可伸缩门的结构也相应地改变。本发明的设计应该是：可伸缩门具有面向固定加热源的表面加热层，以及面向固定冷却源的表面冷却层。在所述冷却层和加热层之间有一间隔。如果可伸缩门为一多层结构，其结构应该为：面向固定冷却源的最外表面为冷却层，而面向固定加热源的最外层为加热层。冷却层和加热层互相不直接接触，两层之间有若干间隔或额外的层结构。

对于可伸缩门806的结构而言，它与可伸缩门103相似，所以图4A和图4B将被借鉴用于描述可伸缩门806。然而，值得注意的是，冷却层和加热层的位置改变了，所以图4A和图4B的序数也应调整。在图8的实施例中，冷却室800b位于加热室800a的下方，可伸缩门806位于两室之间。固定加热源在加热室的顶部，即位于可伸缩门的上方，而固定冷却源在冷却室的底部，即位于可伸缩门的下方。冷却层应该在面向固定冷却源的一边，加热层应该在面向固定加热源的一边。与图4A和图4B的结构相似，可伸缩门806包含两层，一位于可伸缩门下侧的冷却层和一位于可伸缩门上侧的加热层，两层由连接件相连，例如：若干个连接脚。另外，额外的冷却源嵌在冷却层内，额外的加热源嵌于加热层内，用于对半导体工件进行双面同时冷却和加热。

可伸缩门806的其他结构与图4A和图4B所示的可伸缩门103相似。可伸缩门由一连接件连接到驱动器。可伸缩门具有数个槽用于匹配垂直传送装置。例如：垂直传送装置具有若干个支撑脚用于支持半导体工件，而当可伸缩门移入或移出处理室的时候，槽将配合支撑脚的通过，并使其不与可伸缩门接触。

在一冷却过程中，可伸缩门移入加热室和冷却室之间。额外的冷却源嵌入冷却层内，为半导体工件提供一额外的冷却源的同时还可移除来自加热室内的热量。因此半导体工件可以被有效地冷却。这一特征与第一实施例是相似的。

对于第二实施例，可伸缩门806还能具有多种形式。例如：其中一种形式如图3所示，可伸缩门301只通过一进出口303移入或移出处理室。当可伸缩门移动的时候，可伸缩门上的槽305用来配合垂直传送装置支撑脚305的通过。附图标记304代表固定加热源。在这一实施例中，可伸缩门是一单片的部件。

图6所示为可伸缩门806的第二种形式，所述可伸缩门具有两个部件603a和603b。他们由两个驱动器(未显示)驱动以移入或移出热处理室。两个驱动器的控制原理与上述的驱动器104的原理是一样的，因此对于一个熟悉本领域的技术人员来说能够毫无疑问地基于此描述实施该实施例。回到图6，可伸缩门的每个部分603具有两个槽605。当伸缩门移动的时候，每个槽605用于配合一个支撑脚602的通过。可伸缩门的两个部件603通过两个进出口604由相对的方向移入处理室。

图7所示为可伸缩门806的第三种形式，可伸缩门具有两个部件703，分别由两个驱动器(图中未标明)驱动以移入或移出热处理室。每个部件703仅有一个槽702a和两个供支撑脚通过的凹孔702b。如图7所示，当可伸缩门移动时，两个支撑脚将穿过槽702a而另外两个支撑脚将被凹孔702b从两部分包围，且不与可伸缩门相接触。因此，可伸缩门的两个部件703只需要两个略大于支撑脚横截面一半的小凹孔。与图6相似，可伸缩门的两个部件703也是通过两个进出口704由相对的方向移入热处理室。

所述装置的第二实施例还在加热或冷却过程开始之前实施一预加热和预冷却过程。对于预加热过程，当半导体被传送进入加热室，它将在固定加热源和加热层之间停留片刻。固定加热源和加热层在预加热过程中都以热对流机制同时加热半导体工件的正面和背面。相似地，半导体工件将在冷却过程前被预冷却。然而，在一实施例中，预冷却过程的方式与预加热过程的方式相似；而在另一实施例中，当半导体工件被从加热室传送进入冷却室的过程中，预冷却已经得以进行。

值得注意的是第一实施例和第二实施例仅为具有垂直布置的加热室和冷却室的热处理装置的示例。对于熟悉本领域的技术人员来说，下面的范围可以毫无疑问地从发明的描述中获得。因此，本发明不仅仅限于所述实施例，而且在权利要求的范围之内。

基于第一和第二实施例的描述，本发明的装置包括垂直布置的加热室和冷却室；一垂直传送装置用于在加热室和冷却室之间传送半导体工件，两室之间有一可伸缩门。在加热过程中，可伸缩门移入加热室和冷却室之间并提供一额外的加热源。可伸缩门具有一加热层，位于面向固定加热源的表面，在加热过程中，加热层提供额外加热源的同时固定加热源提供固定加热源。在冷却过程中，可伸缩门也移入加热室和冷却室之间，并在冷却过程中提供一额外的冷却源。可伸缩门具有一冷却层，位于面向固定冷却源的表面，在冷却过程中，冷却层提供额外冷却源的同时固定冷却源提供固定冷却源。

可伸缩门能平移地移入或旋转地进入热处理室。对于平移，图3、图6和图7展示出多种实现的方式。对于旋转移动，图中并没有标明，然而对于熟悉本领域的技术人员来说通过上述描述是很容易理解的。也就是说，旋转移动机制也能用来驱动可伸缩门在加热室和冷却室之间移入或移出。

根据本发明，应用了热传导机制和热对流机制以实现对半导体工件的双面同时热处理。

热处理装置能运用在以下的范例中，例如：单层或多层薄膜的加热和冷却；半导体互连结构中金属或绝缘层薄膜的退火；焊料的回流；聚合涂层的固化和/或烘烤。

垂直布置的加热室和冷却室的热处理过程

对于上述的第一和第二实施例，其热处理的实施过程如下所述：

垂直布置加热室和冷却室；

使用一可伸缩门将加热室和冷却室分隔；

在加热室的底部提供一固定加热源并在可伸缩门的下表面提供一加热层；

在冷却室的顶部提供一固定的冷却源，并在可伸缩门的上表面提供一冷却层；

将可伸缩门移入加热室和冷却室之间并把一半导体工件送入加热室；

开始加热过程；

当加热过程完成后，将可伸缩门移出热处理室，并把半导体工件从加热室传送入冷却室；

将可伸缩门移入加热室和冷却室之间，并开始冷却过程；

将半导体工件送出冷却室。

半导体工件热处理过程的一实施例将参照热处理装置第一实施例的结构进行描述。

首先，流体分配部件105打开并将可伸缩门移入加热室和冷却室之间。第一个窗口110打开并且半导体工件通过一机械传送装置送入加热室102a。半导体工件通过机械传送装置被置于一交换位置。垂直传送装置107的支撑脚升高并把半导体运送到接收位置。然后外部机械传送装置退出加热室102a。流体分配部件105在此过程中以较低的流速持续提供所需流体。垂直传送装置107的支撑脚向下移动把半导体工件置于预加热位置。预加热位置应该是：1)位于固定加热源106上方，因而半导体工件的背面稍后可被置于固定加热源106上；因为处于可伸缩门103的下方，所以半导体工件的正面能被可伸缩门103所提供的额外的加热源加热。流体分配部件105在此过程中仍然持续地向加热室提供所需流体。固定加热源106和可伸缩门103的加热层通过热对流机制同时加热半导体工件，工件在此预加热位置停留一段时间。然后垂直传送装置107的支撑脚向下移动并将半导体工件置于固定加热源106的表面。真空系统打开从而卡住半导体工件使得它的背面与固定加热源接触。然后半导体工件在固定加热源106上加热一段时间。在这段时间内，固定加热源以热传导转移机制而可伸缩门103的加热层以热对流方式同时对工件的背面和正面进行加热。当加热步骤完成的时候，真空卡具关闭，工件被松开。位于顶部工件101上的流体分配装置201打开且可伸缩门103退出室外从而使得加热室和冷却室相连。垂直传送装置107的支撑脚升高将半导体工件送入冷却室102b。可伸缩门103再次移入处理室并位于半导体工件的下方，开始冷却过程。流体分配部件105关闭。当垂直传送装置107将工件从加热室送入冷却室的过程中，预冷却过程已得以进行。在另一个实施例中，当半导体工件被传送进入冷却室后，会实施一额外预冷却过程。

固定冷却源201是一流体分配装置，当半导体工件被送入冷却室102b的时候，它持续向冷却室提供所需流体。垂直传送装置107的支撑脚向下移动并把半导体工件放置在可伸缩门103的上表面使得半导体工件与伸缩门的冷却层接触。在此步骤中固定冷却源201通过热对流机制继续冷却工件的正面，同时位于可伸缩门103上表面的冷却层通过热传导机制从背面冷却工件。

当冷却过程结束后，垂直传送装置107的支撑脚升高将半导体工件置于交换位置，同时第二个窗口109打开。然后一外部机械传送装置将接收半导体工件并将它从冷却室窗口109移出冷却室102b。然后垂直传送装置107的支撑脚向下移动到加热室。

后续的半导体工件被送入加热室内进行如上所述的双面同时热处理过程。

值得注意的是上述的热处理过程仅仅是本发明所提供的热处理过程的一个例子。对于熟悉本领域的技术人员来说，下面的范围可以毫无疑问地从发明的描述中获得。因此，本发明不仅仅限于所述实施例，而且在权利要求的范围之内。

基于对本发明的装置和过程的实施例的概述，用于一半导体工件的热处理的方法至少包括：垂直布置的一加热室和一冷却室；提供一可伸缩门分隔加热室和冷却室；在加热室的底部提供一固定加热源并在可伸缩门的下表面提供一加热层；在冷却室的顶部提供了一固定冷却源并在可伸缩门的上表面提供一冷却层；把可伸缩门移入加热室和冷却室之间并把半导体工件送入加热室；开始加热过程；当加热过程完成后可伸缩门移出热处理室，将半导体工件从加热室送入冷却室；将可伸缩门移入到加热室和冷却室之间并开始冷却过程；将半导体工件移出冷却室。

可伸缩门具有一面向固定加热源的表面加热层，在加热过程中，固定加热源将热传导给半导体工件的背面，同时加热层以热对流方式加热工件的正面。可伸缩门还具有一冷却层，其位于面向冷却室内固定冷却源的表面，固定冷却源以热对流方式冷却半导体工件的正面，同时冷却层提供一额外的冷却源以热传导方式冷却工件的背面。

根据本发明，热传导和热对流机制同时应用从而实现了对半导体工件的双面同时热处理。

热处理方法可被运用于下述范例中，例如：单层或多层薄膜的加热和冷却；半导体互连结构中金属或绝缘层薄膜的退火；焊料的回流；聚合涂层的固化和/或烘烤。

本发明采用的双面热处理机制提高了热处理的效率和均匀性，并且减少了热应力的不匹配所导致的半导体工件的变形。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (25)

1.一种用于半导体工件热处理的装置，其包括：

垂直布置的加热室和冷却室；

用于在加热室和冷却室之间传送半导体工件的传送装置；

用于分隔加热室和冷却室的可伸缩门；

其中当一加热过程或一冷却过程开始的时候，所述可伸缩门移入加热室和冷却室之间；并且

可伸缩门包含一加热层和一冷却层。

2.如权利要求1所述的装置，其中加热室包括一位于加热室的底部的固定加热源；所述加热层位于可伸缩门面向固定加热源的表面上。

3.如权利要求2所述的装置，其中固定加热源包括加热线圈或其他加热装置，且可伸缩门上的加热层包括加热线圈或其他加热装置。

4.如权利要求2所述的装置，在加热过程中，固定加热源通过热传导传递机制而加热层通过热对流传递机制两面同时加热半导体工件。

5.如权利要求2所述的装置，其中半导体工件在加热过程开始前进行预加热。

6.如权利要求5所述的装置，其中在半导体工件被预加热时，固定加热源和加热层均通过热对流传递机制对半导体工件进行两面同时预加热。

7.如权利要求1所述的装置，其中冷却室包含位于冷却室的顶部的固定冷却源；所述冷却层位于可伸缩门面向固定冷却源的表面上。

8.如权利要求7所述的装置，其中固定冷却源包括一冷流体循环装置。

9.如权利要求8所述的装置，其中在冷流体循环装置中所使用的流体从一组流体中筛选出来，至少包含：

惰性流体或惰性流体的混合物，其中所述惰性流体混合物包含90-100％的惰性流体和0-10％的还原性流体。

10.如权利要求9所述的装置，其中

惰性流体从一组流体中筛选出来，至少包含：

氩气，氙气，氮气或其他惰性流体；而

还原性流体从一组流体中筛选出来，至少包含：

氢气或其他还原性流体。

11.如权利要求7所述的装置，固定冷却源通过热对流传递机制而冷却层通过热传导传递机制冷却半导体工件。

12.如权利要求7所述的装置，其中半导体工件在冷却过程开始之前进行预冷却。

13.如权利要求12所述的装置，当半导体工件被预冷却的时候，固定冷却源和冷却层均通过热对流传递机制冷却工件。

14.如权利要求7所述的装置，其中冷却层包括冷却管道，通过在冷却管道中循环的冷却剂移除半导体工件中的热量。

15.如权利要求1所述的装置，其中可伸缩门包括一间隔，所述的间隔位于加热层和冷却层之间。

16.如权利要求1所述的装置，其中该装置用于：

单层或多层薄膜的加热和冷却。

17.如权利要求1所述的装置，其中该装置用于：

半导体互连结构中金属或绝缘层薄膜的退火。

18.如权利要求1所述的装置，其中该装置用于：

焊料的回流。

19.如权利要求1所述的装置，其中该装置用于：

聚合涂层的固化和/或烘烤。

20.如权利要求1所述的装置，其中可伸缩门通过一线性移动机制用于驱动可伸缩门在加热室和冷却室之间移入和移出。

21.如权利要求1所述的装置，其中可伸缩门包括一旋转移动装置用于驱动可伸缩门在加热室和冷却室之间移入和移出。

22.如权利要求1所述的装置，其中传送装置包含至少三个支撑。

23.一种用于半导体工件热处理的方法，包括：

垂直布置一加热室和一冷却室；

使用一可伸缩门分隔所述加热室和冷却室；

在加热室的底部提供一固定加热源并在可伸缩门的下表面提供一加热层；

在冷却室的顶部提供一固定冷却源并在可伸缩门的上表面提供一冷却层；

将可伸缩门移入加热室和冷却室之间并将一个半导体工件送入加热室内；

开始加热过程；

加热过程完成后，将可伸缩门移出加热室和冷却室之间，并把半导体工件从加热室送入冷却室；

将可伸缩门移入到加热室和冷却室之间并开始冷却过程；

把半导体工件移出冷却室。

24.如权利要求23所述的方法，进一步包含：

在加热过程开始前预加热半导体工件。

25.如权利要求23所述的方法，进一步地包含：

在冷却过程开始前预冷却半导体工件。

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