CN107919302B - 具有收集器装置的热处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有收集器装置的热处理系统(100)，所述热处理系统(100)包括能够接收多个基板(10)的腔室(2)、位于所述腔室(2)的远侧部分中的进气路径(5)以及位于所述腔室(2)的近侧部分中的用于气体和/或在热处理期间产生的挥发性物质的出口路径(6)。所述热处理系统(100)在所述腔室(2)的所述近侧部分中包括收集器装置(200)，所述收集器装置限定与所述出口路径(6)连通的隔室，并且其中所述气体和所述挥发性物质旨在循环，以便促进所述挥发性物质在所述收集器装置(200)的内表面上沉积(7)。

Description

具有收集器装置的热处理系统
技术领域
本发明涉及一种包括能够接收多个基板的腔室的热处理系统。所述系统设置有收集器装置，以便限制待排放气体的一部分在所述腔室的内壁上冷凝而形成的沉积物以及在卸载所述基板的步骤期间引起的特定污染物。
背景技术
硅或绝缘体上硅(SOI)基板通常用于生产微电子器件。众所周知，这样的基板包括布置在支撑基板上的有用的硅层和埋氧层。为了允许晶体管在所述基板上甚至更大的集成，基本部件的横向尺寸减小以及蚀刻薄度要求基板在晶体质量和层均匀性以及特定污染物方面不断提高质量。
为了生产SOI基板，特别是在固结结合界面的步骤或者整理有用的硅层和埋氧层的步骤期间，应用高温热处理。能够同时处理多个基板的热处理系统(特别是立式炉)特别适用于这种类型的步骤。如图1a所示，立式炉1主要由腔室2(或管)构成，在腔室2的内侧，支撑多个基板10的装载柱3能执行垂直平移运动，以便装载/卸载多个基板10并将它们保持在腔室2中。围绕腔室2布置的加热元件4以及用于新气体的至少一个进口路径5以及用于待排放气体的出口路径6也构成这种类型的炉。
作为示例，SOI基板可在惰性气氛下经历高温热处理(>1100℃)，以便平滑硅的表面和/或溶解埋氧层(被称为BOX)的全部或部分。在这些处理条件下，观察到BOX由于溶解现象导致的厚度减小。气态一氧化硅(SiO)是所述溶解反应的产物。一氧化硅在被循环于立式炉1的腔室2中的传热气体流携带之前从SOI基板的表面以与溶解速度成比例的量朝向位于腔室2的底部处的炉的出口路径6(也被称为排气口)逸出。特别在由O.Kononchuck等人在Solid State Phenomena杂志第156–158卷(2010年)第69至76页发表的文献“Novel trendsin SOI Technology for CMOS applications”中报告了溶解现象。
在腔室2的底部中，气体在离开加热元件4的附近区域时逐渐冷却并朝向排气口6循环。因为SiO在传热气体中不是高度可溶的，所以它在炉1的底部的实心部分(主要是，腔室2的内壁、出口路径6的管道和基板10的装载柱3的下部(图1b))上冷凝到低于临界温度。所述沉积物7在基板10的整个处理过程中变厚并且能达到几微米的厚度。在由SiO、Si和SiO2的混合物组成的情况下，它处于相当大的应力下并且在变得太厚时以刨花的形式分层。在炉1的装载和卸载阶段期间，装载柱3进入并离开腔室2，然后基板10直接进入腔室2的存在SiO沉积物7(图1c)的底部。后者的分层会引起对基板10的特定污染，这对其最终质量特别有害。
能抵靠腔室2的底部放置石英保护屏，以收集大部分的SiO沉积物7，由此确保炉1的腔室2的完整性。这些屏是牺牲的：它们能改变并且可以显著地延长腔室2的使用寿命，腔室2是热处理系统的需要长时间改变的极其昂贵部分。
然而，除非这些保护屏经常地改变(这在经济上是不可行的)，否则这些保护屏不能解决因SiO沉积物的分层引起的对基板10的特定污染的问题，因为基板10的装载柱3在装载和卸载步骤期间会继续靠近被污染的屏。
发明内容
本发明旨在解决前述缺陷的全部或部分。本发明的一个主题是一种设置有收集器装置的热处理系统，可以减少或消除沉积物在所述系统的腔室中、在基板运输区域中的存在，以便避免对所述基板的质量有害的特定污染。
所述本发明涉及一种热处理系统，所述热处理系统包括：能够接收多个基板的腔室；进气路径，该进气路径在所述腔室的与所述基板进入所述腔室的区域对置的远侧部分中的；以及用于气体和/或在热处理期间产生的挥发性物质的出口路径，所述出口路径在所述腔室的位于所述基板进入所述腔室的所述区域附近的近侧部分中；所述热处理系统的特征在于，该热处理系统在所述腔室的所述近侧部分中包括收集器装置，所述收集器装置：
·具有朝向所述腔室的所述远侧部分取向的限制开口；
·限定与所述出口路径连通的隔室，所述隔室被构造成使得所述气体和所述挥发性物质经由所述限制开口进入所述隔室并且穿过所述隔室而到达所述出口路径，以便促进所述挥发性物质在所述收集器装置的内表面上的沉积。
在所述腔室的所述挥发性物质可能冷凝并形成沉积物的所述近侧部分中，循环于所述腔室中的所述气体和所述挥发性物质被收集于所述收集器装置的所述隔室中。如果必然形成的话，所述沉积至少部分地发生在所述收集器装置的所述隔室的内表面上。如果发生分层，颗粒基本上产生在所述收集器装置的所述隔室中而非所述腔室中：这显著地限制了在运输布置于用于装载和/或卸载所述系统的装载柱中的所述基板期间的特定污染的风险。
根据单独或组合呈现的本发明的有利特征：
·所述收集器装置的总体形状为具有环形截面的中空柱体部分，所述环形截面形成所述隔室的截面；
·所述收集器装置的总体形状为具有环形截面的中空柱体，所述环形截面形成所述隔室的截面；
·所述隔室的所述截面的宽度为1到10mm，优选地为5mm；
·所述限制开口在所述腔室中位于温度高于所述挥发性物质的临界冷凝温度的位置；
·所述隔室包括第一柱形壁和第二柱形壁，所述第一柱形壁抵靠所述腔室的内壁布置，所述第二柱形壁具有至少一个吹扫孔；
·所述收集器装置包括能够插入到所述出口路径中的端头，所述端头的一端与所述隔室连通；
·所述收集器装置是能移除的；
·所述收集器装置由选自石英、碳化硅、硅、氮化铝和氧化铝之中的材料形成。
附图说明
本发明的其他特征和优点将根据参照附图做出的详细描述而显而易见，在附图中：
图1a、图1b和图1c示出了现有技术的立式炉的构造；
图2a和图2b示出了设置有根据本发明的收集器装置的热处理系统；
图3a和图3b示出了根据本发明的收集器装置的一个实施方式；
图4a和图4b示出了根据本发明的收集器装置的另一实施方式。
具体实施方式
附图是不应该被解释为具有限制效果的示意图。附图中相同的附图标记可使用类似的元件。
本发明涉及一种能够处理多个基板10的热处理系统100。如图2a和图2b所示，系统100包括腔室2，腔室2能够接收由装载柱3支撑的多个基板10。系统100也包括在腔室2的第一部分(被称为远侧部分)中的用于气体或气体混合物的进口路径5。远侧部分被理解为指腔室2的与基板10进入腔室2的区域相对的端部。热处理系统中常见的是，对于喷射到腔室2的远侧部分中的气体，腔室或是水平的或是垂直的。系统100也包括用于气体和/或在热处理期间可能产生的挥发性物质的出口路径6。所述出口路径6位于腔室2的第二部分(被称为近侧部分)中；近侧部分是腔室2的位于基板10进入腔室2的区域附近的部分。
作为示例，如引言中提到的，在使SOI基板平滑的热处理期间，由进口路径5喷射的气体是惰性气体(诸如氩气)；在约1100℃的温度下，出现埋氧层的溶解现象，这会产生挥发性化合物：气态一氧化硅(SiO)。然后，SiO挥发性物质由朝向出口路径6的氩气流携带。
热处理系统100还包括位于腔室2的近侧部分中的收集器装置200。收集器装置200限定与出口路径6连通的隔室201，其中气体和挥发性物质旨在进行循环以便排放。收集器装置200位于腔室2的近侧部分中，其中温度由于距系统100的加热元件4的距离而下降。在该部分中，气体和挥发性物质将冷却：气体和/或挥发性物质的全部或部分由此将可能在元件的使气体和/或挥发性物质将与之接触的壁上冷凝，从而形成沉积物7(在本说明书的其余部分中被称为污染沉积物)。气体和挥发性物质在隔室201内侧的强制循环促进污染沉积物形成在收集器装置200的所述隔室201的内表面上。由此，可以限制所述污染沉积物7形成在腔室2的内壁上和/或收集器装置200的外表面上以及装载柱3的下部(即位于腔室2的近侧部分中的部分)上。如果发生分层，则颗粒基本上产生在收集器装置200的隔室201中而非腔室2中：当装载和卸载系统100时，这显著地限制了在运输由装载柱3支撑的基板10期间产生特定污染的风险。
收集器装置200的隔室201具有朝向腔室2的远侧部分取向的限制开口202。隔室201借助所述限制开口202与腔室连通。在腔室2中从进口路径5朝向出口路径6循环的气体和挥发性物质将经由限制开口202进入隔室201中，穿过隔室201，然后到达出口路径6，出口路径6与隔室201连通。为了到达出口路径6，气体和挥发性物质由此受迫循环穿过收集器装置200的隔室201。
限制开口202位于腔室2的将基板保持在装载柱3中的中心区域下方。
有利地，限制开口202在腔室2中位于这样的位置处，该位置处的气体和挥发性物质的温度高于挥发性物质的全部或部分的临界冷凝温度。在冷凝的情况下，在气体已经由限制开口202进入之后，污染沉积物然后将沉积在隔室201的内壁上，由此防止所述沉积物沉积在壁上，如果沉积在壁上在装载或卸载期间可能将颗粒释放到基板上，或者防止所述沉积物释放到装载柱3的更换或清洁起来困难而昂贵的底部部分上。
在立式热处理系统100的描绘情况下，限制开口202所处的高度将限定挥发性物质在进入隔室201时的温度。所述高度通常对应于基板10的进口(对于立式炉而言是在底部处)与限制开口202之间的距离。为了避免腔室2的内壁上的污染沉积物7，将收集器装置200的高度选择为使得挥发性物质在进入隔室201时的温度高于其临界冷凝温度(Tc)。
例如，对于SiO的挥发性物质，SiO在进入隔室201的限制开口202时将处于约1100℃的温度，临界冷凝温度为1050℃的量级。例如，在腔室2的长度为170cm且截面直径为35cm的立式炉100中，限制开口202的高度约为30cm，基板10的被装载柱3支撑的中心区域从45cm的高度延伸到150cm的高度。
取决于实施在由温度分布、气体和挥发性物质的类型所限定的热处理系统100中的方法，收集器装置200的位于腔室2内侧的限制开口202的高度可不同，以便适应于物质将处于其临界冷凝温度的高度。取决于方法，可因此存在具有特定尺寸的不同的收集器装置200。
显然，收集器装置200的限制开口202将有利地使高度低于最接近腔室2的进口区域的基板。
同样，对于相同的方法，根据热处理系统100的类型(其尺寸、温度控制等)，也可调整收集器装置200的限制开口202的高度，因为腔室2内侧的热分布可能在不同的系统中是不同的。
根据第一实施方式，收集器装置200的总体形状为具有环形截面的中空柱体部分(图3a和图3b)。所述环形截面形成隔室201的截面。限制开口202的形状为具有环形截面的部分。有利地，收集器装置200包括能够插入到出口路径6中的端头203，以便至少部分地保护出口路径6的管道的内壁免受污染沉积物7影响。端头的一端与隔室201连通。
图3b示出了根据本发明的所述第一实施方式的系统100的腔室的近侧部分的部分视图。隔室201的第一柱形壁抵靠腔室2的内壁布置；柱形壁在本文中应理解为指形成完整柱体或者形成一部分柱体的壁。第二柱形壁与第一壁相对(朝向腔室2的内侧)，第二壁的高度基本上等于第一壁的高度。端头203已插入到出口路径6中。
根据一个替代例，抵靠腔室2的内壁布置的第一柱形壁可在内壁的整个圆周上延伸而不仅是在一部分上延伸，而第二壁仅在柱体部分上限定隔室。
根据图4a和图4b中示出的第二实施方式，收集器装置200的总体形状为具有环形截面的中空柱体，所述环形截面形成隔室201的截面。限制开口202具有环形截面的形状。有利地，收集器装置200包括能够插入到出口路径6中的端头203(在图中不直接可见，因为它在背景之中)。
在第一实施方式和第二实施方式中所描述的构造中，气体流通入隔室201中。由此，位于腔室2的近侧部分(位于限制开口202与腔室2的进口之间)中的气体容积部是没有沉积物7发生的死容积。然而，出于打开系统100的门的热保护的原因，可有利地在所述近侧部分中维持小流。由此，根据一个替代例，隔室201的第二柱形壁具有至少一个吹扫孔204。这样可以确保位于隔室201的限制开口202与腔室2的进口之间的气体容积部的吹扫。然而，有必要确保吹扫孔204的总截面与限制开口202的截面比较可忽略不计，以便尽可能地限制污染沉积物7形成在腔室2内侧或者形成在隔室201的第二柱形壁的外表面上(即腔室2的内侧)。
有利地，隔室201和限制开口202的截面的宽度能介于从1到10mm的范围，优选地为5mm。限定收集器装置200的厚度的该宽度受到装载柱3进入腔室2的需要的限制。
有利地，收集器装置200由选自石英、碳化硅、硅、氮化铝和氧化铝之中的材料形成。
有利地，收集器装置200被构造成是能移除的。在收集器装置200已从系统100移除之后，污染沉积物7能通过清洁收集器装置200而去除。然后，收集器装置200能重新安装在热处理系统100中用于新的用途。
本发明在这样的热处理期间是特别有用的，该热处理用于使SOI基板平滑，导致BOX溶解并且产生待排放的SiO气态物质，SiO气态物质冷凝并且通过冷却而在壁上形成沉积物7。
显然，本发明能用于其他类型的热处理，对于这样的热处理，设置在腔室2中的一部分气态物质可能低于某一温度冷凝并且形成沉积物7，沉积物7的随后分层对被处理基板的质量是有害的。
作为示例，已经参照具有垂直结构(即腔室的主要尺寸垂直定位)的热处理系统描绘了本发明。本发明还能形成具有水平结构的热处理系统。
此外，本发明不限于所描述的实施方式，并且能在不超出如权利要求书限定的本发明的范围的情况下提供变型实施方式。

Claims (9)

1.一种热处理系统(100)，所述热处理系统(100)包括：能够接收多个基板(10)的腔室(2)；进气路径(5)，该进气路径在所述腔室(2)的与基板(10)进入所述腔室的区域对置的远侧部分中；以及用于气体和/或在热处理期间产生的挥发性物质的出口路径(6)，所述出口路径在所述腔室(2)的位于所述基板(10)进入所述腔室的所述区域附近的近侧部分中；所述热处理系统(100)的特征在于，所述热处理系统在所述腔室(2)的所述近侧部分中包括收集器装置(200)，所述收集器装置(200)：
·具有朝向所述腔室(2)的所述远侧部分取向的限制开口(202)；
·限定与所述出口路径(6)连通的隔室(201)，所述隔室被构造成使得所述气体和所述挥发性物质经由所述限制开口(202)进入所述隔室(201)并且穿过所述隔室而到达所述出口路径(6)，
其中，所述隔室(201)包括第一柱形壁和与所述第一柱形壁相对的第二柱形壁，所述第一柱形壁抵靠所述腔室(2)的内壁布置，并且
其中，所述限制开口(202)设置在所述第一柱形壁和所述第二柱形壁之间。
2.根据权利要求1所述的热处理系统(100)，其中，所述收集器装置(200)的总体形状为具有环形截面的中空柱体部分，所述环形截面形成所述隔室(201)的截面。
3.根据权利要求1所述的热处理系统(100)，其中，所述收集器装置(200)的总体形状为具有环形截面的中空柱体，所述环形截面形成所述隔室(201)的截面。
4.根据权利要求2或3所述的热处理系统(100)，其中，所述隔室(201)的所述环形截面的宽度为1到10mm。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的热处理系统(100)，其中，所述限制开口(202)在所述腔室(2)中位于温度高于所述挥发性物质的临界冷凝温度的位置。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的热处理系统(100)，其中，所述第二柱形壁具有至少一个吹扫孔(204)。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的热处理系统(100)，其中，所述收集器装置(200)包括能够插入到所述出口路径(6)中的端头(203)，所述端头(203)的一端与所述隔室(201)连通。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的热处理系统(100)，其中，所述收集器装置(200)是能移除的。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的热处理系统(100)，其中，所述收集器装置(200)由选自石英、碳化硅、硅、氮化铝和氧化铝之中的材料形成。
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