CN1293600C - 用于均匀加热衬底的腔室 - Google Patents

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CN1293600C CNB018213162A CN01821316A CN1293600C CN 1293600 C CN1293600 C CN 1293600C CN B018213162 A CNB018213162 A CN B018213162A CN 01821316 A CN01821316 A CN 01821316A CN 1293600 C CN1293600 C CN 1293600C
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Abstract

本发明的实施例大致提供了一种在热处理期间向多个衬底提供均匀热分布曲线的设备和方法。在一个实施例中，含有一个或多个加热衬底支座的盒子可移动地设置在具有基本均匀热分布曲线的加热室内，以便更均匀地加热衬底。

Description

用于均匀加热衬底的腔室
本申请要求2000年12月29日提交的美国临时专利申请第60/259,035号的权益，在此结合该申请作为参考资料，
发明的背景
技术领域
本发明的方案一般涉及用于热处理衬底的设备和方法。
背景技术
在平板显示器(FPD)、薄膜晶体管(TFT)和液晶单元的制造中，通过沉积和并从玻璃衬底除去导电、半导电和绝缘的多层材料而形成金属互连和其它特征结构。所形成的各种特征结构被集成为一个系统，共同用于形成例如有源矩阵显示荧光屏，其中在FPD上的各个像素中以电子方式产生显示状态。用于产生FPD的处理技术包括等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)、物理汽相沉积(PVD)、刻蚀等。等离子体处理特别适合于制造平板显示器，因为沉积膜所需要的处理温度相对较低并且由等离子体工艺产生的膜质量好。
在FPD处理期间，对于使FPD适当地工作来说，对衬底的整个表面进行适当的膜热处理是关键。所需要的加热温度根据所处理的膜的类型和所进行的工艺而改变。例如，在FPD的结构中使用的平板显示器的一个示例性类型是低温多晶硅(LTPS)。LTPS膜处理的部件要要求LTPS膜被加热到约600℃，以便从膜上除去氢，而对于非晶硅(α-Si)膜来说，相同的热处理需要直至约450℃的大致较低的温度。
一般情况下，膜的热处理是对温度高度敏感的，因为温度不均匀将导致不能充分除去不希望的污染物，导致膜剥离和脱落。为了补偿温度非均匀性热处理，必须延长时间。不幸的是，延长热处理时间将增加制造成本，而如果处理不完全则经常会产生不能使用的膜。
常规热处理室通过气体传导和热辐射结合来加热一个或多个衬底从而提供热处理。批次型加热是公知的，如授予Anderson等人的美国专利No.3,862,397，授予Morimoto的美国专利No.5,567,152和授予Lee等的英国专利2,298,314中显示的，常规热处理室不能提供对衬底的均匀加热，因为晶片舟或衬底支座不适于加热。不幸的是，室壁和其它室内部件在腔室内可提供热传导路径，导致热传导损失，而且，室的构造可以导致辐射热的损失。作为一个例子，授予Makiguchi等人的美国专利No.5,850,071公开了一种可能易于导致辐射热损失的室。热传导和辐射热损失产生不断波动的衬底热处理环境。随着温度增高，热传导和/或辐射热损失变得更显著，使衬底热处理环境内的热非均匀性恶化。而且，常规的热处理室通常非常大以容纳衬底周界，由于增加了要加热的面积和体积而进一步使得保温问题恶化。例如，随着更大计算机显示器、监视器、平面荧光屏电视等的需求的增加，典型衬底可以是620mm×750mm或更大，例如，设想了1米×1米的衬底。通常，为了补偿更大衬底、更大的室体积以及热损失的连续增加，使用了更多加热部件，由此增加了设备成本、能量耗用以及温度非均匀性。随着温度增高，通常使用铜加热元件来抵销能量成本和提供有效加热。铜加热器一般比其它类型的加热元件更为能量有效。不幸的是，随着温度增高，铜原子经常从铜加热器上逸出而进入加热室并污染膜。因此，传统的加热室和加热工艺不能提供可接受的均匀且无污染的衬底加热，用于有效的和节约成本的衬底加热工艺。
因此，需要提供一种方法和设备，用于在有效的无污染热处理系统中均匀地热处理多个衬底。
发明内容
本发明的实施例一般提供用于在衬底处理系统中均匀加热处于加热室内的衬底。在本发明的一个方案中，在具有主体、底部和盖子的绝缘室内均匀地加热衬底。该室还包括设置在室内的热反射器、设置在与热反射器相邻的室内的加热器以及多个加热衬底支座，多个加热衬底支座可移动地设置在室内以便支撑室内的至少两个衬底。其中所述的绝缘室、热反射器和加热衬底支座含有镍。
根据本发明的另外的特征，所述室的壁比所述加热衬底支座稍大并与其形状一致；所述加热器基本上包围所述加热衬底支座。
根据本发明的加热衬底的设备，进一步包括：与所述室连接的用以保持其中真空的泵。根据本发明的加热衬底的设备，进一步包括：设置在所述加热器内的多个加热元件。
根据本发明的另外的特征，所述加热元件选自以下一组：电阻加热器、辐射灯、及它们的组合；所述热反射器包括热反射表面。所述热反射器包含选自以下一组的材料：玻璃、陶瓷、及它们的组合。所述热反射器包含选自以下一组的材料：铝、镍、钢、及它们的组合。所述热反射表面选自以下一组：铝、镍、金、及它们的组合。
根据本发明的加热衬底的设备，进一步包括：围绕所述室设置的至少一个绝缘层。
根据本发明的另外的特征，至少一个所述加热衬底支座包括多个加热元件，所述加热元件选自以下一组：电阻加热器、辐射灯、及它们的组合。所述加热器包括选自以下一组的材料：镍、钢、铝、及它们的组合。
根据本发明的另外的特征，所述热反射器包括内热反射表面，其与所述加热器相邻，并被镀覆上选自以下一组的材料：镍、铝、金及它们的组合。所述热反射器包括绝缘材料，所述绝缘材料选自包括下面的材料的组：金属电镀陶瓷、玻璃及它们的组合。
在本发明的另一方案中，提供一种加热衬底的装置，包括：具有主体、底部和盖子的室；设置在该室内的热反射器；加热器，其设置在该室内与该热反射器相邻并与该室的该主体连接，该加热器具有内部表面和外部表面，其中该内部表面的热发射率值比该外部表面的热发射率值大；和多个加热衬底支座，其可移动地设置在该室内以在其上支撑至少两个衬底。
在本发明的另一方案中，提供一种加热衬底的装置，包括：具有主体、底部和盖子的室；设置在该室内的热反射器；加热器，其设置在该室内与该热反射器相邻并与该室的该主体连接；多个加热衬底支座，其可移动地设置在该室内以在其上支撑至少两个衬底；围绕该室设置的至少一层绝缘层，其中所述绝缘层包括热导率小于0.053瓦/mK的柔性陶瓷纤维防护层。
在本发明的另一方案中，提供一种加热衬底的设备，包括：具有一腔的室，该腔用于在其中固定多个衬底；具有多个加热衬底支座的至少一个框架，该加热衬底支座可移动地设置在所述腔内并且能够支撑多个衬底；设置在该腔内，与该室连接并设置成向所述至少一个框架提供辐射热的加热层；和热反射器，其设置在所述腔内并围绕至少一部分所述加热衬底支座，以形成导入所述腔内的反射表面。其中所述的加热室、加热衬底支座、热反射器和加热层选自以下一组的基本无铜的材料，这些材料包括：陶瓷、铝、钢、镍以及它们的组合。
根据本发明的另外的特征，所述腔与所述加热衬底支座基本上形状一致。所述加热层基本上围绕所述加热衬底支座。所述热反射器包括热反射表面。
根据本发明的加热衬底的设备，进一步包括：与所述室连接的用以保持其中真空的泵。
根据本发明的另外的特征，所述加热衬底支座适于均匀加热所述多个衬底，所述加热衬底支座包括设置在其上的多个加热元件，所述加热衬底支座包括设置在其上的多个加热元件，以便形成基本上符合在所述腔内被加热的多个所述衬底的一个或多个热损失分布曲线的加热分布曲线。
根据本发明的进一步的特征，还包括加热层，其设置在所述腔内，与所述室连接，并设置成向所述至少一个框架提供辐射热，该加热层具有内部表面和外部表面，其中所述内部表面的热发射率值大于所述外部表面的热发射率值。所述加热层设置在所述腔内，围绕所述至少一个框架。
在本发明的另一方案中，提供一种用于均匀加热衬底的方法，包括：在室内的多个加热衬底支座上支撑多个衬底，其中该室稍微更大并成形为与衬底支座的形状相符；提供介于约450℃和约600℃之间的处理温度；提供在该室内的真空；以及将衬底均匀加热到均匀温度。
附图说明
因此可以之实现本发明所述及实施例的方式以及可从细节上理解的方式、本发明更详细说明和上述简要说明都可以参照以附图所例示的各实施例。
然而，应当注意附图只是表示本发明的典型实施例，因此不应被认为限制了本发明的范围，因为本发明应当包括其它等效的实施例。
图1是包括本发明的加热室的处理系统的平面图。
图2是图1的加热室的一个实施例的立体图。
图3是表示上部和下部钟形罩结构的图1的加热室的部分剖视图。
图4是表示图1的加热室和传送室的部分剖视图。
图5是图1的加热室的部分剖视图，展示出主体、热反射器和加热器。
图6是图5的加热室的顶部剖视图。
图7是与图5的加热室一起使用的加热器的侧视图。
图8是与图5的加热室一起使用的加热器的部分剖视图。
图9是与图5的加热室一起使用的加热衬底支座的透视图。
图10是与图5的加热室一起使用的加热衬底支座的俯视图。
图11是在图5的加热室内进行热处理的衬底的等温线。
具体实施方式
本发明的实施例在公知为成组工具(cluster tool)的多室处理系统中具有特别的优点，该系统通常用在半导体工业中并适于支持这里所述的衬底加热室。成组工具是一种模块化系统，其包括执行包括衬底加热、中心搜索和定向、退火、沉积和/或刻蚀等各种功能的多个室。多个室安装到一中心传送室上，该中心传送室容纳有自动装置，适合于在各室之间往返运动衬底。传送室通常保持在真空条件下并设置中间工作台，用于从一个室将衬底传送到另一个室和/或传送到设置在成组工具的前端的负载锁定室。
图1是用于半导体处理的典型处理系统100的平面图，其中有利地利用了本发明。该处理系统100一般包括多个室和自动装置并优选配备有处理系统控制器102，该控制器102被编程用以执行在处理系统100中完成的各种工艺方法。所示前端设备104设置成与一对负载锁定室106选择性地连通。设置在前端设备104中的吊舱装载机108A-B能线性地、旋转地和垂直地移动，从而在负载锁定室106和安装在前端设备104上的多个吊舱105之间往复运送衬底。
负载锁定室106提供在前端设备104和传送室110之间的第一真空界面。设置了两个负载锁定室106，以通过交替地与传送室110和前端设备104连通而增加生产量。因此，当一个负载锁定室106与传送室110连通时，第二个负载锁定室106与前端设备104连通。
自动装置113设置在传送室110中心，以便从负载锁定室106将衬底传送到各个处理室114的其中之一或固定室116。处理室114适于进行任何数量的处理，如膜沉积、退火、刻蚀等，而固定室116适于进行定向、冷却等。在热处理如除氢期间用来加热衬底的加热室140设置在处理系统100中。加热室140通常位于处理系统100内最有效的处理位置上，但可以位于处理系统100内的任何位置上。例如，加热处理步骤可以在沉积处理步骤之后进行。因此，为了最小化自动装置113的运动，加热室140可与用于沉积处理步骤的其中一个处理室114相邻设置。
图2是加热室140的立体图，包括上部部件215(例如上部钟形罩)和下部部件217(例如下部钟形罩)，其中上部部件215与下部部件217由具有装载窗口235的连接体230分开。上部部件215和下部部件217密封地固定到连接体230上并相对于连接体230大体对称且同轴。可使用摩擦配合(frictional fit)、使用密封材料如适于承受高温的填料或腻子、或通过使用如压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶等作为耐处理以及没有如铜这样的污染物的粘接剂，将上部部件215和下部部件217密封到连接体230。可通过常规手段如焊接、或通过使用螺栓、卡箍或本领域公知的其它紧固件将上部部件215和下部部件217连接到连接体230。
加热室140安装在安装框架255上以提供对上部部件215和下部部件217的支撑。在一个方案中，安装框架255可包括可旋转地安装于下端的脚轮245、246和247，用于移动加热室140。安装框架255可通过常规手段如螺栓、卡箍或本领域中公知的其它紧固件固定到加热室140和连接体230上。尽管加热室140优选安装在安装框架255上，但加热室140也可采用紧固件如螺钉、螺栓、卡箍等安装到传送室110上并由传送室110支撑。
用于加热室140内的衬底运送的电机285可使用紧固件如螺钉、螺栓、卡箍等固定到加热室140上。电机285与丝杠288旋转配合。丝杠288与平台287旋转配合，平台287与安装框架255滑动配合。当丝杠288由电机285旋转时，平台287就被垂直地升高或降下。
在一个实施例中，可使用热绝缘层(未示出)封闭或包封加热室140，以便使来自加热室140的热损失最小化。热绝缘层可包括绝缘体如纤维玻璃、陶瓷纤维、石棉、或适于提供热损失绝缘的其它材料。在一个实施例中，绝缘层包括柔性绝缘陶瓷纤维防护层，其具有低于约0.053瓦/mK的热传导率并稳定于约30℃的表面温度。
图3是适于衬底热处理的本发明的加热室140的一个实施例的剖视图。加热室140包括主体305、盖子335、和设置在主体305上并限定了腔307的底部316，腔307用于在其中加热多个衬底328。在一个方案中，主体305由耐处理材料如铝、钢、镍等适于承受处理温度的材料构成，并且一般不受例如铜的污染。主体305可包括延伸到腔307内的气体入口360，用于将加热室140连接到生产气体(process gas)供给源(未示出)从而通过它来输送生产气体。在另一方案中，真空泵390可通过真空端口392连接到腔307以便保持腔307内的真空。
衬底盒310可移动地设置在腔307中并连接到可移动部件330的上端。可移动部件330由适于承受处理温度并且一般无铜之类污染物的耐处理材料构成，如铝、钢、镍等材料。可移动部件330经由底部316进入腔307。可移动部件330被可滑动地并且可密封地设置穿过底部316并由平台287提高和降下。平台287支撑可移动部件330的下端，从而随平台287的升高或下降，可移动部件330连带着垂直上升或下降。可移动部件330垂直升高和降低腔307内的衬底盒310，以穿过延展通过窗口235的衬底传送平面332而移动衬底328。衬底传送平面332由借助自动装置113将衬底移进和移出衬底盒310的路径限定。
衬底盒310包括由安装框架325支撑的多个衬底加热架336。虽然在一个方案中，图3示出了在衬底盒310内的十二个衬底加热架336，但是可以设想使用任何数量的加热架。每个衬底加热架336包括由托架317连接到框架325的加热衬底支座340(例如加热板)。托架317将加热衬底支座340的边缘连接到框架325上，并且可使用如压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶之类的粘接剂，或如螺钉、螺栓、卡箍之类耐处理且没有铜这样的污染物的紧固件，连接到框架325和加热衬底支座340上。框架325和托架317由耐处理材料构成，如陶瓷、铝、钢、镍等，以及耐处理并且一般没有铜之类污染物的其它材料。尽管框架325和托架317可以是分开的部件，也可设想将托架317与框架325集成为一体，以便形成用于加热衬底支座340的支撑部件。尽管在一个方案中，加热衬底支座340与衬底328形状一致而比其稍大，以便通过向衬底328施加最大热量而使得加热效率最大化，但是应考虑到，加热衬底支座340可以具有适合于提供所需的衬底加热的任何形状。例如，在一个实施例中，加热衬底支座340可以比衬底328大很多，用以确保衬底328完全暴露于来自加热衬底支座340的热量。或者，加热衬底支座340可形成为用以容纳各种尺寸的衬底328。
衬底加热架336在衬底盒310内垂直分隔开并且平行设置，以便限定多个衬底加热空间322。每个衬底加热空间322适于在其中加热被支承于多个支销342上的至少一个衬底328。每个衬底328上面和下面的衬底加热架336形成衬底加热空间322的上边界和下边界，使得衬底328的顶侧和底侧暴露于热量。在一个实施例中，上边界和下边界距离衬底328是等距离的，以便确保衬底328的两侧的均匀加热。为保证在衬底盒310内加热顶部的衬底328，由空的加热衬底支座340来形成顶部加热空间322的上边界。在另一实施例中，间隔和衬底位置可以调整以适应不同处理如退火、除氢等不同的加热要求。加热空间322的上边界和下边界之间的间隔可以调整，以增加或降低加热速度以及施加于每个衬底侧的热量。例如，加热空间322的上边界和下边界之间的间隔可以变窄以增加来自加热衬底支座340的辐射能量，由此增高温度和加热速度，或者该间隔可变大以减少入射的辐射能量，由此降低衬底温度和减慢衬底328的加热。而且，衬底328可设置得更靠近上边界或下边界，以便向衬底328的任一侧提供不同的热量。在一个方案中，为了提高生产效率，可调整加热空间322的上、下边界之间的间隔，以便在所需的速度和温度下加热衬底328，同时允许衬底盒310保持尽可能多的衬底加热架336。在一个方案中，上边界和下边界之间的间隔约为45mm。本发明人相信，对于容纳衬底328、均匀衬底加热、和室307内有效空间利用而使衬底加热架336的数量达到最大来说，上边界和下边界之间约45mm的间隔提供了合适的间隙，。
图4展示加热室140和传送室110的剖视图。加热室140设置成窗口235与形成于传送室110的侧壁中的开口109对齐。在这种设置中，传送室开口109和窗口235限定衬底传送口372，通过衬底传送口372可通过自动装置113输送衬底328。衬底传送口372由密封装置如闸阀或槽阀(未示出)选择性地加以密封。在工作期间，自动装置113在支撑于臂111上的叶片118上从处理系统100经传送室110通过衬底传送口372接收衬底328。叶片118设置成通过衬底传送口372向加热室140输送衬底328。衬底盒310可向上或向下垂直移动，以便设置与衬底传送平面332处于一线的空的加热空间322，由此接收衬底328。臂111延伸穿过衬底传送口372以将衬底328放置在加热室140中，然后将衬底328放置在衬底盒310中。臂111使衬底328伸入加热空间322内且将衬底328设置在销342上。在一个实施例中，衬底盒310垂直移动，直到销342接触衬底表面为止，使衬底328抬高离开叶片118。然后，臂111和叶片118返回传送室110。在另一实施例中，臂111和叶片118垂直向下移动，直到衬底328接触销342为止。臂111和叶片118继续向下移动，直到衬底328完全被销342支撑为止。
图5是表示本发明的一个实施例的加热室140的顶部剖视图。由于腔307固定多个衬底328，腔307的体积通常比各室如处理室114和通常只固定一个衬底328的固定室116更大。由于腔307的体积增大，在真空下的室140上的外部大气压力可能相当大。为提供结构强度并使腔体积最小化，腔307优选为半圆形并与衬底盒310的形状一致而比其稍大。在另一实施例中，腔307的形状可以是圆形、方形、或适于容纳衬底328并具有足够结构完整性以承受外部大气压力的任何形状。
图6是加热室140的部分剖视图。热反射器320设置在腔307内并与主体305的相邻的内表面311间隔开，形成腔307内的反射表面。由于提供了腔307和内表面311之间的辐射热绝缘，热反射器320适于使通过主体305的传导热损失最小化。热反射器320使反射腔307内的辐射热反射，离开表面311而朝向腔307的中心。热反射器320可包括单层。作为选择，热反射器320可包括多层，或组合形成一体的几个部件。热反射器320通常含有热导体，如耐处理和一般无铜之类污染物的铝、镍、钢等。当希望在腔307和内表面311之间有附加绝缘时，热反射器320包含有绝缘体，如金属镀覆陶瓷、玻璃，以及耐处理和无铜之类污染物的类似材料。热反射器320包括用铝、镍、金镀覆的内部热反射表面327，或适合于反射热且耐处理而一般无铜之类污染物的其它表面。热反射器320可采用几种方法固定导内表面311上，如采用压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶等，或通过耐处理且一般无铜之类污染物的紧固件如螺钉、螺栓、卡箍等粘接到内表面311上。另外，热反射器320可采用如电镀、溅射、阳极氧化等技术附着在内表面311上。在一个实施例中，采用绝缘的紧固件如绝缘螺钉、螺栓、卡箍等使热反射器320与内表面311隔开，在内表面311和热反射器320之间形成间隙。
加热器315设置在腔307内，处于热反射器320和衬底盒310之间。加热器315适于形成与衬底盒310相合并包围它的加热部件。加热器315包括一个或多个加热元件，如电阻加热器、加热灯等，其设置在一层或多层导热且辐射热的材料内，该材料例如为镍、钢、铝等。虽然加热器315的内表面331优选经过喷沙(bead blast)或阳极氧化以提供更高的热辐射性能从而提高腔307内的辐射热的传递，也可运用适于提供更高表面发射性的其它类型的表面处理。加热器315的外表面333受到抛光以达到低发射性，由此使得辐射热对室主体305的传递最小。在衬底热处理期间，加热器315由电源(未示出)激励，并加热到所需温度。虽然在一个方案中，在加热器315和热反射器320之间形成间隙以使得通过传导而到达热反射器320的热传递最小，加热器315也可与热反射器320直接接触。
图7和8表示可有利地使用的加热器315的一个实施例。加热器315包括外壳319，外壳319由导热材料构成，如铝、镍、钢等适于均匀辐射腔307内的热并耐处理且一般无铜之类污染物的材料。连续加热元件357设置在形成于外壳319内的狭槽内。连续加热元件357适于在外壳319内辐射热量。可通过摩擦配合，通过焊接，使用一般无铜和/或银之类污染物的填充材料313，或通过采用如压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶等粘接剂，或如螺钉、螺栓、卡箍等耐处理而一般无铜之类污染物的紧固件，将连续加热元件357固定在狭槽314内。在一个实施例中，为提供外壳319和连续加热元件357之间更紧密的配合，连续加热元件357具有比外壳319更高的热膨胀系数。虽然在一个方案中，连续加热元件357的热膨胀系数约为α＝17，而外壳319的热膨胀系数约为α＝13，有利的是也可以采用其它热膨胀系数。
一对连接器318连接到电源(未示出)如外部电源，以便给连续加热元件357供电。虽然连续加热元件357优选形成为一体化的和均匀的加热部件以对整个外壳319提供均匀加热，但是如电阻加热器、灯等多个独立的加热元件也可连接在一起形成连续加热元件357。此外，外壳319可由分散设置并在整个外壳319上分立连接的多个单独加热器加热。
加热器315可采用几种方法中的任何一种方法固定在腔307内。例如，可采用固定方法如采用压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶等粘接剂的粘合，或是像螺钉、螺栓、卡箍等耐处理而一般无铜之类污染物的紧固件，将加热器315固定到内表面311上。在特殊实施例中，加热器315包括具有安装凸缘312的上部，用于将加热器315安装到主体305上。虽然优选使安装凸缘312与加热器315一体成形，但是安装凸缘312可以是分离部件。可采用如压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶等粘接剂，或如螺钉、螺栓、卡箍等耐处理和一般无铜之类污染物的紧固件，将安装凸缘312固定到主体305上。
图9展示本发明的一个实施例，其中加热衬底支座340和支销342间隔开，并在其上支撑衬底328，从而形成加热空间322的下部。虽然如图5所示，在一个方案中，支销342的数量至少为六个，使四个支销342在衬底外周边上基本均匀间隔开以充分支撑边缘，两个支销342靠近衬底328的中间。或者，也可在适于支撑衬底328的任何结构中采用任何数量的支销342。支销342优选由绝缘体构成，如聚合物、陶瓷以及类似物，其具有适于使与衬底328的接触最小和防止加热衬底支座340和衬底328之间传导的横截面。至于附加的支撑强度，支销342还可包含导体，如钢、铝、镍以及类似物，其具有足够小表面积以使传导最小，且其耐处理并一般无铜之类污染物。尽管在一个方案中，支销342包括尖端以使与衬底328的接触最小，支销342可具有适于支撑衬底328的任何端部横截面和外形，如圆形端、方形端、平端以及适于使得对加热衬底支座340的热传导最小的类似端部。
图10是加热衬底支座340的俯视图，其包括设置在一层热绝缘且电绝缘的材料内的多个板式加热器347，该材料例如为玻璃纤维、玻璃、陶瓷、石棉等。板式加热器347可以是电阻加热器、辐射灯等。板式加热器347可由电源(未示出)所提供的功率激励，该电源例如是通过连接器345连接的外部电源。通常，整个衬底表面上的温度作为衬底主体热迁移的函数而变化，这是由于在室140内靠近加热衬底支座340、支销342、加热器315、和腔307内总体热结构的对流和传导所导致的。在一个实施例中，板式加热器347被模式化以提供匹配和补偿衬底热损失——即衬底热损失分布曲线——的辐射热分布曲线。例如，图10中所示的板式加热器347在角部附近比在加热衬底支座340的中间更加彼此靠近，以便向衬底328的角部和边缘——在此产生大量的传导和/或辐射热损失——提供更集中的热量。虽然，热量通常趋于从衬底边缘辐射，但是模式化的加热分布曲线可适于包括衬底热损失分布曲线中的任何改变。例如，通过改变它们的尺寸、间隔、电阻率、照明度、输入功率等以更紧密地适应衬底热损失分布曲线，板式加热器347可适用于提供可变热量输出。而且，加热衬底支座340通过支销342与衬底328隔开，如图3、4、和6所示，从而允许衬底328的下表面和加热支座的上表面之间的辐射热混合。虽然，在一个方案中，加热衬底支座340和衬底328之间的间隔约为20mm，也可设想有其它间隔。虽然认为在加热衬底328之前混合来自加热衬底支座340的辐射热，由此使由板式加热器结构限定的热点最少，衬底328还可以设想为直接放置在具有适于与衬底热损失分布曲线基本上匹配的板式加热器的加热衬底支座340上。
在工作中，通过自动装置113将衬底328经窗口235放在加热衬底支座340上的腔307内，而起动加热室140的加热处理。惰性生产气体如氮气通过气体入口360流入腔307内，并由真空泵390保持在所需要的室压力。或者，生产气体可以是适于特殊处理的活性气体，如氟。腔307被加热器315和加热衬底支座340的辐射热，或者加热器315独自的辐射热，与热反射器320协作而加热到所需的环境水平，从而足以提供均匀的衬底加热分布曲线。单独的衬底328被均匀加热到介于约350℃至约600℃之间的衬底主体温度。对于衬底主体上的温度的参考温度变化(即标准温度变化)在约+/-5℃和约+/-10℃之间。
例如，在根据本发明的一种操作方法中，由自动装置113经过窗口235将衬底328放在加热衬底支座340上的腔307内而起动加热室140的热处理。腔307内的真空由真空泵390保持为约0到约0.5乇。生产气体如氮气通过气体入口360流入腔307内，由真空泵390保持在约0.0到0.5乇的室压力下。热量经过加热器315和加热衬底支座340施加于衬底，以便将每个衬底均匀地加热到约450℃到约600℃的温度。每个衬底保持在标准化加热分布曲线上，该标准化加热分布曲线在约450℃的衬底主体温度下约为+/-5℃，到在约600℃的衬底主体温度下约为+/-10℃。例如，图11是衬底328的示意性等温线图，表示在约500℃的热处理期间，用边界温度作为标准值，穿过衬底328的主体的标准化温度变化。区域350A是参考区域，因此具有零温度变化。区域350B具有约+/-1℃的标准化温度变化。区域350C具有约+/-2℃标准化温度变化。区域350D具有约+/-3℃标准化温度变化。区域350E具有约+/-5℃标准化温度变化。因此，穿过衬底328的标准化温度变化约为+/-5℃。
尽管前面已经对本发明的实施例进行了说明，在不脱离本发明的基本范围的情况下可以实施本发明的其它和进一步的实施例，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (29)

1.一种用于加热衬底的设备，包括：
具有主体、底部和盖子的室；
设置在该室内的热反射器；
设置在该室内与该热反射器相邻并与该室的该主体连接的加热器；和
可移动地设置在该室内以在其上支撑至少两个衬底的多个加热衬底支座。
2.根据权利要求1的设备，其中所述的绝缘室、热反射器和加热衬底支座含有镍。
3.根据权利要求1的设备，其中所述室的壁比所述加热衬底支座稍大并与其形状一致。
4.根据权利要求1的设备，其中所述加热器基本上包围所述加热衬底支座。
5.根据权利要求1的设备，进一步包括：与所述室连接的用以保持其中真空的泵。
6.根据权利要求1的设备，进一步包括：设置在所述加热器内的多个加热元件。
7.根据权利要求6的设备，其中所述加热元件选自以下一组：电阻加热器、辐射灯、及它们的组合。
8.根据权利要求1的设备，其中所述热反射器包括热反射表面。
9.根据权利要求8的设备，其中所述热反射器包含选自以下一组的材料：玻璃、陶瓷、及它们的组合。
10.根据权利要求8的设备，其中所述热反射器包含选自以下一组的材料：铝、镍、钢、及它们的组合。
11.根据权利要求8的设备，其中所述热反射表面选自以下一组：铝、镍、金、及它们的组合。
12.根据权利要求1的设备，进一步包括：围绕所述室设置的至少一个绝缘层。
13.根据权利要求1的设备，其中至少一个所述加热衬底支座包括多个加热元件。
14.根据权利要求13的设备，其中所述加热元件选自以下一组：电阻加热器、辐射灯、及它们的组合。
15.根据权利要求1的设备，其中所述加热器包括至少一个加热元件，所述加热元件设置在一层或多层材料内，所述材料选自：镍、钢、铝、及它们的组合。
16.根据权利要求1的设备，其中所述热反射器包括内热反射表面，其与所述加热器相邻，并被镀覆上选自以下一组的材料：镍、铝、金及它们的组合。
17.根据权利要求1的设备，其中所述热反射器包括绝缘材料，所述绝缘材料选自包括下面的材料的组：金属电镀陶瓷、玻璃及它们的组合。
18.一种加热衬底的设备，包括：
具有主体、底部和盖子的室；
设置在该室内的热反射器；
加热器，其设置在该室内与该热反射器相邻并与该室的该主体连接，该加热器具有内部表面和外部表面，其中该内部表面的热发射率值比该外部表面的热发射率值大；和
多个加热衬底支座，其可移动地设置在该室内以在其上支撑至少两个衬底。
19.一种加热衬底的设备，包括：
具有主体、底部和盖子的室；
设置在该室内的热反射器；
加热器，其设置在该室内与该热反射器相邻并与该室的该主体连接；
多个加热衬底支座，其可移动地设置在该室内以在其上支撑至少两个衬底；
围绕该室设置的至少一层绝缘层，其中所述绝缘层包括热导率小于0.053瓦/mK的柔性陶瓷纤维防护层。
20.一种加热衬底的设备，包括：
具有一腔的室，该腔用于在其中固定多个衬底；
具有多个加热衬底支座的一个盒，所述加热衬底支座可移动地设置在所述腔内并且能够支撑所述多个衬底；
设置在该腔内，与该室连接并设置成向所述盒提供辐射热的加热层，其中所述加热层包括一个或多个加热元件，所述一个或多个加热元件设置在一层或多层导热的材料内；和
热反射器，其设置在所述腔内并围绕至少一部分所述加热衬底支座，以形成导入所述腔内的反射表面。
21.根据权利要求20的设备，其中所述的加热室、加热衬底支座、热反射器和加热层选自以下一组的基本无铜的材料，这些材料包括：陶瓷、铝、钢、镍以及它们的组合。
22.根据权利要求20的设备，其中所述腔与所述加热衬底支座基本上形状一致。
23.根据权利要求20的设备，其中所述加热层基本上围绕所述加热衬底支座。
24.根据权利要求20的设备，其中所述热反射器包括热反射表面。
25.根据权利要求20的设备，进一步包括：与所述室连接的用以保持其中真空的泵。
26.根据权利要求20的设备，其中所述加热衬底支座适于均匀加热所述多个衬底。
27.根据权利要求26的设备，其中所述加热衬底支座包括设置在其上的多个加热元件，以便形成基本上符合在所述腔内被加热的所述多个衬底的一个或多个热损失分布曲线的加热分布曲线。
28.根据权利要求20的设备，其中：
所述加热层具有内部表面和外部表面，并且其中所述内部表面的热发射率值大于所述外部表面的热发射率值。
29.根据权利要求20的设备，其中，
所述加热层设置在所述腔内，围绕所述盒。
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