CN114485170B - 快速退火炉加热系统以及温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种快速退火炉加热系统以及温度控制方法。该加热系统包括载体、沿第一方向设置的主加热器、沿第一方向设置的第一辅助加热器以及沿第二方向设置的第二辅助加热器，主加热器设置有多个，多个主加热器沿第二方向间隔连接在载体的反射面上；第一辅助加热器设置有两组，两组第一辅助加热器均连接在载体的反射面上，且，两组第一辅助加热器分别设置在多个主加热器的第二方向的两侧，第二辅助加热器设置有两组，两组第二辅助加热器均连接在载体的反射面上，两组第二辅助加热器相对设置在多个主加热器和载体的反射面之间，第一方向和第二方向相垂。本申请可保证加热件的加热均匀，使加热件的温性均匀，提高产品质量。

Description

快速退火炉加热系统以及温度控制方法

技术领域

本申请属于半导体加工技术领域，具体涉及一种快速退火炉加热系统以及温度控制方法。

背景技术

快速退火炉是利用卤素红外灯做为热源，通过极快的升温速率，将晶圆或者材料等加热件快速加热到300℃-1200℃，从而消除晶圆或者材料等加热件内部的一些缺陷，改善产品性能。

在实现本申请的过程中，申请人发现现有技术中至少存在一下问题：

现有技术中，晶圆或者材料等加热件存在加热不均匀的技术问题，影响产品性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种快速退火炉加热系统以及温度控制方法，旨在至少能够在一定程度上解决晶圆或者材料存在加热不均匀的技术问题，影响产品性能的技术问题。

本申请的技术方案为：

一方面，本申请提供了一种快速退火炉加热系统，其特殊之处在于，所述加热系统包括：

载体；

沿第一方向设置的主加热器，所述主加热器设置有多个，多个所述主加热器沿第二方向间隔连接在所述载体的反射面上；

沿第一方向设置的第一辅助加热器，所述第一辅助加热器设置有两组，两组所述第一辅助加热器均连接在所述载体的反射面上，且，两组所述第一辅助加热器分别设置在多个所述主加热器的第二方向的两侧；

沿第二方向设置的第二辅助加热器，所述第二辅助加热器设置有两组，两组所述第二辅助加热器均连接在所述载体的反射面上，两组所述第二辅助加热器相对设置在多个所述主加热器和所述载体的反射面之间

所述第一方向和所述第二方向相垂。

在一些实施方案中，多个所述主加热器并联设置，并连接至第一引线汇流排上，所述第一引线汇流排设置在所述载体上。

在一些实施方案中，每组所述第一辅助加热器均包括一个以上的所述第一辅助加热器；

多个所述第一辅助加热器并联设置，并连接至所述第一引线汇流排上。

每组所述第二辅助加热器均包括一个以上的所述第二辅助加热器；

多个所述第二辅助加热器并联设置，并连接至第二引线汇流排上，所述第二引线汇流排设置在所述载体上。

优选地，所述载体的反射面上设置有屏蔽层；

所述主加热器以及所述第一辅助加热器朝向所述载体的侧部设置有反射涂层，所述反射涂层设置在两组所述第二辅助加热器之间；

所述第二辅助加热器朝向所述载体的侧部也设置有反射涂层。

在一些实施方案中，所述加热系统还包括：

冷却座，所述载体装配在所述冷却座的外侧面上，所述冷却座内设置有冷却腔，所述冷却腔装配所述载体的内侧面上设置有多列水道，所述冷却座上设置有进水口以及出水口，所述进水口以及所述出水口均和多列所述水道连通。

在一些实施方案中，所述冷却座背离所述载体的侧面设置有进风部；

所述加热系统还包括风机，所述风机安装在所述冷却座上，所述风机的出风口和所述冷却座上的进风部连通。

在一些实施方案中，所述进风部间隔设置有多个，所述风机也对应设置有多个，所述风机的出风口和对应的所述进风部连通；

所述载体上设置有风孔，多个所述风机中的一个所述风机为抽风风机，其余所述风机为进风风机；

其中，多个所述进风风机将冷却风引入到所述冷却腔内后，再通过所述载体上的风孔引入到所述载体和各个所述加热器之间，以对所述载体和所述加热器降温，再通过所述抽风风机将热交换的热风引出所述冷却。

在一些实施方案中，所述加热系统还包括：

引风罩，所述引风罩罩设在所述冷却座上，所述风机位于所述引风罩内，所述引风罩的表面上设置有引风部。

另一方面，本申请还提供了一种快速退火炉加热系统的温度控制方法，其特殊之处在于，所述温度控制方法包括：

控制所述主加热器工作，以对加热件加热；

确认所述加热件的各个区域的温度；

确认所述加热件的某个区域的温度低于其余区域的温度时，控制加热件的温度较低的区域距离最近的辅助加热器工作；

当确认的加热件的温度较低的区域距所述第一辅助加热器以及所述第二辅助加热器距离一致时，控制所述第一辅助加热器工作。

本申请的有益效果至少包括：

本申请所提供的一种快速退火炉加热系统以及温度控制方法，主加热器对加热件加热，由于可根据确认的加热件的温度情况，可选择地控制加热件的温度较低所对应的辅助加热器工作，从而可对主加热器作用的有效加热区进行温度补偿，以保证加热件的加热均匀，使加热件的温性均匀，提高产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本申请实施例的一种快速退火炉加热系统的结构示意图；

图2为图1的主视示意图；

图3为图1的侧视示意图；

图4为具有冷却座的快速退火炉加热系统的结构示意图；

图5为图4的另一视角的结构示意图；

图6为图5的正视示意图；

图7为图6的A-A剖面示意图；

图8为图4中的冷却腔的内部示意图。

附图中：

100-载体，110-风孔，200-主加热器，300-第一辅助加热器，400-第二辅助加热器，500-第一引线汇流排，600-第二引线汇流排，700-屏蔽层，800-冷却座，810-进水口，820-出水口，900-冷却腔体，1000-水道，1100-进水管道，1200-出水管道，1300-风机，1400-引风罩，1410-引风部。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本申请实施例提供一种快速退火炉加热系统以及温度控制方法，旨在至少能够在一定程度上解决晶圆或者材料存在加热不均匀的技术问题，影响产品性能的技术问题。

图1为本申请实施例的一种快速退火炉加热系统的结构示意图，图2为图1的主视示意图，图3为图1的侧视示意图。结合图1-图3，本申请实施例提供的快速退火炉加热系统包括载体100、主加热器200、第一辅助加热器300以及第二辅助加热器400。

结合图1以及图2，本申请实施例的主加热器200沿第一方向设置，主加热器200设置有多个，多个主加热器200沿第二方向间隔连接在载体100的反射面上。

结合图1以及图2，本申请实施例的多个主加热器200可设置于载体100的反射面的中部，加热件设置在主加热器200的有效加热区内，主加热器200提供对加热件加热的主要热源。

结合图1以及图2，本申请实施例中的第一辅助加热器300沿第一方向设置，第一辅助加热器300设置有两组，两组第一辅助加热器300均连接在载体100的反射面上，且，两组第一辅助加热器300分别设置在多个主加热器200的第二方向的两侧。

结合图1以及图2，本申请实施例中的第一辅助加热器300可设置在载体100的侧边，当加热件的某个加热区域的温度较低时，可开启该加热区域对应的第一辅助加热器300，以提高该加热件的加热区域的加热温度，使加热件的受热均匀。

结合图1以及图2，本申请实施例的第二辅助加热器400沿第二方向设置，第二辅助加热器400设置有两组，两组第二辅助加热器400均连接在载体100的反射面上，两组第二辅助加热器400相对设置在多个主加热器200和载体100的反射面之间。

结合图1以及图2，本申请实施例中的第二辅助加热器400可设置在载体100的侧边，当加热件的某个加热区域的温度较低时，可开启该加热区域对应的第二辅助加热器400，以提高该加热件的加热区域的加热温度，使加热件的受热均匀。

本申请实施例中，第一方向和第二方向相垂直，具体来说，第一方向可以为载体100的横向方向，第二方向可以为载体100的纵向方向。主加热器200和第一辅助加热器300可以和第二辅助加热器400形成交错的加热源，以提高对加热件加热的均匀性。

本申请实施例的主加热器200以及各个辅助加热器均优选为外红加热器。

结合图1以及图3，本申请实施例中，多个主加热器200中，相邻的多个主加热器200为一组，多个主加热器200并联设置，并连接至第一引线汇流排500上，而每组第一辅助加热器300均包括一个以上的第一辅助加热器300，当每组第一辅助加热器300包括两个以上的第一辅助加热器时，多个第一辅助加热器300并联设置，多个第一辅助加热器300同多个主加热器200共同连接至第一引线汇流排500上，第一引线汇流排500设置在载体100上；另外，每组第二辅助加热器400均包括一个以上的第二辅助加热器400，当每组第二辅助加热器400包括两个以上的第二辅助加热器时，每组中的多个第二辅助加热器400并联设置，并分别连接至第二引线汇流排600上，第二引线汇流排600也设置在载体100上。

具体地，结合图1以及图3，本申请实施例中，主加热器200设置有两组，相邻的三个主加热器200为一组，两组共六个主加热器200并联设置，并连接至第一引线汇流排500；而每组第一辅助加热器300均包括三个第一辅助加热器，两组共六个第一辅助加热器300并联设置，并连接至第一引线汇流排500上；每组第二辅助加热器400也包括三个第二辅助加热器400，每组中的三个第二辅助加热器400并联设置，并分别连接至第二引线汇流排600上。

进一步地，结合图1以及图2，本申请实施例的载体100的反射面上设置有屏蔽层700，该屏蔽层700可反射各个加热器辐射的热量，以提高加热效率。

另外，本申请实施例的主加热器200以及第一辅助加热器300朝向载体100的侧部均设置有反射涂层，而第二辅助加热器400朝向载体100的侧部也设置有反射涂层。反射涂层的设置可避免各个加热器所产生热量向载体100的方向辐射，避免载体100的温度过高，还可以使各个加热器所产生热量向加热件的方向辐射，也可提高加热效率。

本申请实施例的反射涂层所占的圆心角优选为180度，具有最好的加热效果。而主加热器200以及第一辅助加热器300上的反射涂层最好设置在两组第二辅助加热器400之间，即主加热器200以及第一辅助加热器300同第二辅助加热器400重叠的地方不设置有反射涂层，以避免影响第二辅助加热器400的加热效果，以提高加热效率。

图4为具有冷却座的快速退火炉加热系统的结构示意图，图5为图4的另一视角的结构示意图，图6为图5的正视示意图，图7为图6的A-A剖面示意图。结合图4-图7，本申请实施例的加热系统还包括冷却座800，载体100即装配在冷却座800的外侧面上，冷却座800内设置有冷却腔900，冷却腔900装配载体100的内侧面上设置有多列水道1000，冷却座800上设置有进水口810以及出水口820，进水口810以及出水口820均和多列水道1000连通。通过冷却座800上的进水口810可以向冷却座800的水道内注入冷却水，冷却水在水道1000内流通，并从冷却座800上的出水口820排出，该过程中可以降低载体100的温度，防止载体100过热，以增加设备寿命。

图8为图4中的冷却腔的内部示意图，结合图7以及图8，本申请实施例中，多列水道1000并列设置，且首位依次相连，形成一个贯通的通路，位于和进水口810相近的水道1000通过进水管道1100和冷却座800的进水口810连通，位于和出水口820相近的水道1000通过出水管道1200和冷却座800的出水口820连通，这样即可达到上述水冷的技术目的。

进一步地，本申请实施例中，冷却座800背离载体100的侧面设置有进风部，该加热系统还包括风机1300，风机1300安装在冷却座800上，风机1300的出风口和冷却座800上的进风部连通。通过控制风机1300的启动，可通过进风部向冷却腔900内注入冷风，也可以降低载体100的温度，防止载体100过热，增加设备寿命。

本申请实施例中，在冷却座800背离载体100的侧面设置有进风格栅，该进风格栅即被配置为上述进风部。另外，本申请实施例的进风部可间隔设置有多个，相应的风机1300也对应设置有多个，风机1300的出风口和对应的进风部连通，通过多个风机1300的共同作用，以提高对载体100的冷却效果。

具体地，本申请实施例的进风部可以绕冷却座800的中心线间隔设置，可共设置有四个进风部，相应地，风机1300也设置有四个，四个风机1300分别设置在冷却座800的第一方向的两侧以及第二方向的两侧，形成十字形布置，以提高对载体100的冷却均衡性。

在其他实施方案中，风机1300也可以设置为其他数量，本申请实施例对此不作限制。

还有，结合图1、图3以及图8，本申请实施例中，载体100上设置有风孔110，多个风机1300中的一个为抽风风机，其余风机1300为进风风机，实施时，多个进风风机将冷却风引入到冷却腔900内后，再通过载体100上的风孔110引入到载体100和各个加热器之间，以对载体100和加热器降温，再通过抽风风机将热交换的热风引出冷却腔900，从而可对各个加热器降温，防止加热组件过热，增加设备使用寿命。

结合图1、图3以及图8，本申请实施例中的风孔110可沿第二方向相对设置有两个。

需要说明的是，本申请实施例中的各个风机构成通风系统，通风系统只针对加热器部件降温，而不会使需要加热的加热件降温，因此，通风系统不会施加于晶圆。加热件的加热过程中，通风系统可以降低加热器部件本身的温度，但不影响被加热件的温度，这样加热器部件在加热时，本身的温度不会过高，从而提升加热器部件的寿命。本申请实施例中，在对加热件加热时，需要将加热件的温度加热到1150度，加热器部件加热时，加热器部件的温度也会升温到1200度，如果加热器部件按照1200度温度保持长期加热，其寿命会有所降低。通过通风系统对加热器部件进行降温后，可以使加热器部件的温度从1200度降低到900度以下(通过调节通风的风量实现)，这样，可以使加热器部件在900度即可使晶圆加热到1200度，加热器部件长久保持在1200度与长久保持在900度左右相比，可以极大提升加热器部件的寿命。

进一步地，结合图5，本申请实施例的加热系统还包括引风罩1400，该引风罩1400罩设在冷却座800上，风机1300位于引风罩1400内，引风罩1400的表面上设置有引风部1410，该引风部1410可以为设置在引风罩1400的表面上的多个网格状的引风孔，风机1300可以通过多个引风孔向冷却腔注入冷却风；且，引风罩1400可对风机1300进行防护，具有很好的实用性。

基于上述快速退火炉加热系统，本申请实施例还提供了一种快速退火炉加热系统的温度控制方法，该温度控制方法包括：

S1：控制主加热器200工作，以对加热件加热；

S2：确认加热件的各个区域的温度，温度的确认可通过设置在加热件上的对应区域的温度传感器确认；

S3：确认加热件的某个区域的温度低于其余区域的温度时，控制加热件的温度较低的区域距离最近的辅助加热器工作，以对加热件的该区域的温度进行补偿；

当确认的加热件的温度较低的区域距第一辅助加热器300以及第二辅助加热器400距离一致时，控制第一辅助加热器300工作，以具有更好的加热效果。原因如下：为了提高加热效果，各个加热器以及辅助加热器背向加热件的一侧均涂覆有反射涂层，如上所述，由于主加热器200以及各个第一辅助加热器400同第二辅助加热器相重叠的部分没有涂覆反射涂层，为了保证更好的加热效果，因此，本申请实施例在此种状况下选择第一辅助加热器300工作，可具有更好的加热效果以及均温性。另外，确认的加热件的温度较低的区域距第一辅助加热器300以及第二辅助加热器400距离一致的方法可通过对应区域上的温度传感器与第一辅助加热器以及第二辅助加热器之间的距离来确定。

综上所述，本申请实施例所提供的一种快速退火炉加热系统以及温度控制方法，主加热器对加热件加热，由于可根据确认的加热件的温度情况，可选择地控制加热件的温度较低所对应的辅助加热器工作，从而可对主加热器作用的有效加热区进行温度补偿，以保证加热件的加热均匀，使加热件的温性均匀，提高产品质量。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种快速退火炉加热系统，其特征在于，所述加热系统包括：

载体；

沿第一方向设置的主加热器，所述主加热器设置有多个，多个所述主加热器沿第二方向间隔连接在所述载体的反射面上；

沿第一方向设置的第一辅助加热器，所述第一辅助加热器设置有两组，两组所述第一辅助加热器均连接在所述载体的反射面上，且，两组所述第一辅助加热器分别设置在多个所述主加热器的第二方向的两侧；

沿第二方向设置的第二辅助加热器，所述第二辅助加热器设置有两组，两组所述第二辅助加热器均连接在所述载体的反射面上，两组所述第二辅助加热器相对设置在多个所述主加热器和所述载体的反射面之间；

所述第一方向和所述第二方向相垂直；

冷却座，所述载体装配在所述冷却座的外侧面上，所述冷却座内设置有冷却腔，所述冷却腔装配所述载体的内侧面上设置有多列水道，所述冷却座上设置有进水口以及出水口，所述进水口以及所述出水口均和多列所述水道连通；

所述冷却座背离所述载体的侧面设置有进风部；

所述加热系统还包括风机，所述风机安装在所述冷却座上，所述风机的出风口和所述冷却座上的进风部连通；

所述进风部间隔设置有多个，所述风机也对应设置有多个，所述风机的出风口和对应的所述进风部连通；

所述载体上设置有风孔，多个所述风机中的一个所述风机为抽风风机，其余所述风机为进风风机；

其中，多个所述进风风机将冷却风引入到所述冷却腔内后，再通过所述载体上的风孔引入到所述载体和各个所述加热器之间，以对所述载体和所述加热器降温，再通过所述抽风风机将热交换的热风引出所述冷却。

2.根据权利要求1所述的快速退火炉加热系统，其特征在于，多个所述主加热器并联设置，并连接至第一引线汇流排上，所述第一引线汇流排设置在所述载体上。

3.根据权利要求2所述的快速退火炉加热系统，其特征在于，每组所述第一辅助加热器均包括一个以上的所述第一辅助加热器；

多个所述第一辅助加热器并联设置，并连接至所述第一引线汇流排上。

4.根据权利要求1所述的快速退火炉加热系统，其特征在于，每组所述第二辅助加热器均包括一个以上的所述第二辅助加热器；

多个所述第二辅助加热器并联设置，并连接至第二引线汇流排上，所述第二引线汇流排设置在所述载体上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的快速退火炉加热系统，其特征在于，所述载体的反射面上设置有屏蔽层；

所述主加热器以及所述第一辅助加热器朝向所述载体的侧部设置有反射涂层，所述反射涂层设置在两组所述第二辅助加热器之间；

所述第二辅助加热器朝向所述载体的侧部也设置有反射涂层。

6.根据权利要求1所述的快速退火炉加热系统，其特征在于，所述加热系统还包括：

引风罩，所述引风罩罩设在所述冷却座上，所述风机位于所述引风罩内，所述引风罩的表面上设置有引风部。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的快速退火炉加热系统的温度控制方法，其特征在于，所述温度控制方法包括：

控制所述主加热器工作，以对加热件加热；

确认所述加热件的各个区域的温度；

确认所述加热件的某个区域的温度低于其余区域的温度时，控制加热件的温度较低的区域距离最近的辅助加热器工作；

当确认的加热件的温度较低的区域距所述第一辅助加热器以及所述第二辅助加热器距离一致时，控制所述第一辅助加热器工作。