CN1404623A - 通过红外辐射的快速和均匀加热衬底的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加热装置,包括用于在具有透明窗口(34)的反应室(14)内侧提供衬底(12)的快速热处理的红外辐射灯(24、16)。红外辐射灯(24、26)分布在两个重叠的工作台(A、B)上,工作台在衬底(12)的共同一侧上延伸,下工作台(A)的灯(24)相对于上工作台(B)的灯(26)垂直布置,调节用于灯的每个单元的能量输入的装置在衬底(12)的边缘上提供了比中心更多的热量。反射器(36)被构造为分布栅格(38),其设计成反射红外辐射,以控制不同加热区域之间的能量比率。从而,衬底(12)被均匀地加热,而不论其几何形状和尺寸如何。
Description
技术领域
本发明涉及一种衬底加热装置,包括红外辐射灯,其被设计成在封闭的反应室内进行衬底的快速热处理,该反应室包括一个透明的窗口,所述红外辐射通过该窗口穿过。
背景技术
快速热处理RTP和化学蒸镀RTCVD退火处理一般利用具有红外辐射的熔炉,红外辐射由卤素灯产生。例如在微电子产品制造技术中由硅制造的衬底安装在封闭的壳内的受控环境中,而红外辐射通过透明的窗口引导到衬底的表面上。
进行热处理操作时达到的温度可能较高,一般超过1000℃,且温度梯度易于达到100℃/秒。处理的一个重要参数为温度在被处理衬底整个表面上的均匀性,这是由于在衬底的中心区和周边区域之间若干摄氏度的温度梯度的存在可以导致衬底上的质量差异和/或在衬底表面处存在的各层的物理化学特性中的均匀性缺陷。在衬底边缘上的能量损失高于中心的,这导致在边缘的温度比在中心的低。
为了克服快速热处理中的这些缺陷,已经提出通过利用以下公知的方案补偿这种温度不同:
-位于灯的后部的金属反射器;
-用两组沿着反应器的相对侧布置的灯加热衬底的两个表面;
-配装一个护圈(guard ring);
-利用感受器(susceptor);
-在一个旋转板上转动衬底;
-两个或多个上述方案的结合。
只到目前为止,这些公知方案的实施还不能够根据所使用的不同热处理条件(退火、发育、或薄层淀积),完美地控制在衬底表面处输入的光能。
文献US5790751描述了一种带有垂直方式布置的灯的加热系统,从而每个灯的光线对应于一点,灯以环形方式布置成一个单独的组件。
文献WO 00/34986描述了一种石英腔室,该腔室将灯与衬底分隔开。
文献US6108491涉及一种点光源而不是线性灯,点光源以环形方式布置在衬底之下,衬底安装到加热支撑件(感受器)上。第二系列灯布置在下面,但在一较小的直径上,以覆盖加热支撑件的中部。
文献WO 00 30157涉及两个系列的UV灯,一个布置在反应器的两个表面上,一个组件成90°布置。
发明内容
本发明的目的是实现一种具有受控并定向的红外辐射的加热装置,该装置被设计成执行不同几何形状和尺寸的衬底的均匀的快速热处理。
根据本发明的装置特征在于:
红外灯布置在两个重叠的工作台上,工作台在衬底的单独一侧延伸,下工作台的灯相对于上工作台的灯垂直布置;
用于通过各灯组调节供给能量的装置,以实现在衬底边缘的加热强于在中心的加热;
以及,分布栅格形式的反射器设计成反射并引导红外辐射,以控制不同加热区域之间的能量比。
根据优选实施例,反射器的分布栅格由交叉布置限定多个不同横截面的隔室的条带而形成,隔室被指定为加热区。两个工作台的卤素灯的每个区的能量分布以及所添加的反射器的存在能够实现衬底的均匀加热,而不论衬底的几何形状和尺寸如何。
根据本发明的一个方面,条带成直角交叉,并由具有最佳反射率的材料制成以反射红外线。灯的材料可以是金属的(钢或铝)或是非金属的(陶瓷、锆石)。
红外辐射灯为卤素灯,并且每个工作台优选地包括相同数量的管状灯,他们以规则的间隔交错,并彼此平行地延伸。
反射器可以配装到下工作台的灯和窗口之间,或直接配装到各个等区之间,以便覆盖两个系列灯的高度。
附图说明
从以下作为非限定示例给出并在附图中示出的本发明实施例的描述中,本发明的其他优点和特征将变得更清楚,图中:
图1是配备有根据本发明的加热装置的反应器的示意图;
图2示出图1的平面图;
图3表示加热区的能量分布表;
图4示出与每个工作台十二个灯的加热装置相关联的反射器的透视图;
图5是替换实施例的与图4类似的视图。
具体实施方式
在图1到3中,红外辐射加热装置10用在微电子衬底制造技术中进行的快速热处理中。其他用途有可能是制造微传感器和太阳能板。
例如由硅制成的衬底12布置在反应室14的中央区域中,反应室由不锈钢或石英制成的封闭机壳16围绕。泵送装置18连接到机壳16上,以在大气压下工作或将反应室14的内部压力减小到次级真空(secondary vacuum)。
中性或活性气体流20可以通过注入装置22输入到反应室14中,以在惰性或活性环境中进行处理操作,尤其是衬底12的退火、薄层在衬底12的暴露表面上的淀积(化学真空蒸镀CVD技术)、表面物理化学特性的改性等。
根据本发明,红外辐射加热装置10能够实现均匀地快速热处理衬底12的整个暴露表面。加热装置10有两个管状卤素灯24、26构成,他们布置在壳体28内的两个重叠的工作台A和B上。第一下工作台A包括多个卤素灯24,例如在图1到3中为六个,他们以规则的间隔交错,并在单独一个平面内彼此平行地延伸。第二上工作台B配备有相同数量的灯26,他们相对于第一工作台A的灯24垂直并在平行于第一平面的单独一个平面内布置。
卤素灯24、26按连接到互连电路30上的组供给能量,互连电路30连接到调压电源装置32上,用于调节在不同加热区与辐射的电能。参照图2,工作台B的六个灯26根据三个区域1、2、3提供,例如,区域1由两个端部灯26限定,区域2由两个中间灯26限定,而区域3由两个并列的内部灯26限定。以类似的方式,工作台A的六个灯根据相对于区域1、2、3正交的三个区域4、5、6提供,区域4由两个端部灯24围绕,区域5由两个中间灯24围绕,而区域6由两个内部灯24围绕。
在每个区域1到6种的能量调节能够补偿通过在要被的衬底12边缘上对流而与热损失相关联的径向温度梯度效应。在不同区域内的能量分布图确定了在衬底12表面处的温度映像。通过在周边区域上施加比中心区域更高的能量,通过沿着衬底12边缘补偿热损失,而在整个衬底上可以获得均匀的温度分布图。图2所示的结构能够实现如下的要获得的能量分布:
能量区域1: 3
能量区域2: 2
能量区域3: 1
能量区域4: 3
能量区域5: 2
能量区域6: 1
在图3的表中用符号表示,由此可以看出在该表中所示的能量分布可以实现在衬底12边缘上获得比中央更强的加热。
反应室14的机壳16设置有例如由石英制成的透明窗口34,该窗口让由机壳16外侧的卤素灯24、26发出的红外辐射穿过。在位于加热装置10和窗口34之间的间隙中,布置有反射器36,反射器被设计成反射红外辐射,以控制不同加热区域之间的能量比率,假设补偿衬底12中心和边缘之间的温度差所需的能量随着衬底12的温度变化。
参照图4,每个工作台A和B包括十二个灯(两个灯24被遮盖在工作台A的左侧)。布置在灯24、26的壳体之下的反射器36为分布栅格38形式,它是通过交叉四个纵向条带40和四个横向条带42而形成,以便限定在窗口34一侧和在灯24、26一侧开口的不同的四方性隔室。隔室呈现出分配给每个加热区域的不同的横截面,从而使从灯24、26的不同加热区域发出的光能能够引导到衬底12应区域上。
反射器36的交叉的条带40、42由具有最佳反射率的材料制成,以便反射红外线。该材料可以是非金属,例如陶瓷或锆石基的。也可以使用金属材料制成的栅格,例如由钢或铝制成的栅格,其有可能具有表面金或银涂层。
在金属材料的情况下,反射器36优选地可以由冷却流体冷却。
由于衬底12的照射区域由反射器36完全围绕,以实现各区域之间的干涉效果的衰减最大,因此,加热区域的补偿可以精确控制。
卤素灯24、26的两个工作台的各区域的能量分布和添加的反射器36在能够实现衬底12的均匀加热,而无论衬底的几何形状和尺寸如何。
根据图5的变动实施例,构成反射器136的栅格138的条带142、144配装到各灯24、26之间,从而覆盖两个系列A和B的高度。这导致灯24、26的各区域完全在屏蔽板之内构成。
Claims (9)
1.一种衬底(12)的加热装置,包括红外辐射灯(24、26),其被设计为在封闭的反应室(14)内进行衬底的快速热处理,封闭的反应室包括透明窗口(34),所述红外辐射穿过该窗口,其特征在于:
红外灯(24、26)布置在两个重叠的工作台(A、B)上,工作台在衬底(12)的单独一侧上延伸,下工作台(A)的灯(24)相对于上工作台(B)的灯(26)垂直布置;
用于调节各组灯(24、26)的供给能量的装置确保了在衬底(12)边缘上的加热强于在衬底中央的加热;
并且,一个分布栅格(38、138)形式的反射器(36、136)设计成反射并引导红外辐射,以控制不同加热区域之间的能量比率。
2.如权利要求1所述的加热装置,其特征在于,反射器(36、136)的分布栅格(38、138)通过交叉布置条带(40、42;140、142)而形成,条带限定了指派给加热区域的多个不同横截面的隔室的边界,所述栅格布置在灯(24、26)和窗口(34)之间或配装在所述灯之间。
3.如权利要求2所述的加热装置,其特征在于,条带(40、42;140、142)以直角交叉,并且由具有最佳反射率的材料制成,以反射红外线。
4.如权利要求2或3所述的加热装置,其特征在于,反射器(36、136)的条带(40、42;140、142)由非金属材料制成,尤其是陶瓷或锆石基的。
5.如权利要求2或3所述的加热装置,其特征在于,反射器(36、136)的条带(40、42;140、142)由金属材料,例如钢、铝或具有表面的金或银涂层的材料制成。
6.如权利要求5所述的加热装置,其特征在于,反射器(36、136)由冷却流体冷却。
7.如权利要求1到6中任一项所述的加热装置,其特征在于,红外灯(24、26)为卤素灯。
8.如权利要求7所述的加热装置,其特征在于,每个工作台(A、B)包括相同数量的管状灯(24、26),他们以规则间隔交错,并彼此平行地延伸。
9.一种用于快速热处理的反应器,其配备有如权利要求1到8中任一项所述的加热装置。
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