CN1695236A - 快速热处理设备的加热器模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种快速热处理设备的加热器模块。加热器模块包括具有反射器的加热反应器、灯、冷却气体入口单元、石英窗口、石英窗口固定单元以及冷却气体出口单元。根据本发明，由于加热器模块中的灯、反射器和类似装置在热处理步骤过程中或之后进行冷却，因此可以保证其稳定工作，延长其使用寿命，减少热处理步骤的准备时间。并且，由于各个反射器采用独立结构，使各个灯按一对一方式装在其中，因此这能够精确控制热源。另外，灯采用的结构能有效地反射灯发出的光，从而提高热效率。

Description

快速热处理设备的加热器模块
技术领域
本发明关于一种快速热处理设备的加热器模块，更具体地关于包括灯和类似装置的冷却装置的快速热处理设备的加热器模块。
背景技术
晶片热处理设备的一个代表性例子是快速热处理(RTP)设备。快速热处理设备用于完成快速热退火、快速热清洁、快速热化学气相沉积、快速热氧化以及快速热氮化工艺。
对于快速热处理设备，本质上需要精确控制温度，因为晶片在一段短时间内在相对宽的范围上升高或降低。对于这种精确的温度控制，首先必须本质上检测快速热处理设备的加热器模块是否设计成为向晶片均匀供热。快速热处理设备使用卤素灯作为热源。这种卤素灯具有不同形状和电源。根据卤素灯的形状，加热器模块中的加热反应器可以在形状上有不同变化。加热反应器用于固定钨卤素灯，从而允许有效地利用这种热源。为此，加热反应器用于在各个灯侧面或后面分别安装反射板。根据这些反射板的形状，可以明显改变温度的分布。
图1A到1C是示意图，分别表示根据现有技术的快速热处理设备的加热器模块的不同实施例。
参看图1A，图1A表示根据现有技术的加热器模块的第一实施例。加热器模块包括具有多个反射板13的加热反应器11，以及多个球形钨卤素灯12。卤素灯12以这样的方式装在加热反应器11内：卤素灯12形成几个不同直径的同心圆，同时彼此分离开。各个反射板13用于将一个同心圆与相邻的另一个同心圆分开。即，沿相同同心圆圆周排列的灯12发出的所有光束，被与之关联的一块反射板13反射。因此，在这种情况下，不可能达到精确的温度控制，因为位于相同圆周的灯12的温度是集中控制的。
参看图1B，表示根据现有技术的加热器模块的第二实施例，加热器模块包括排列在加热反应器21内的多个球形灯22，它们形成几个不同直径的同心圆，与图1A所示第一实施例具有相同的方式。但此第二实施例与第一实施例的不同之处在于：加热反应器21具有反射板23，每块反射板23具有与球形灯22相同的管状；以及灯22装在加热反应器21内部，它们按一对一方式分别对应于各自的反射板23，从而适合将热量作用到特定的所需区域。如上所述结构的加热器模块的缺点在于：各个灯22的照射角度太小，造成热效率差。因此，与图1A所示的加热器模块相比，第二实施例的加热器模块需要较多数量的灯。这导致温度控制装置复杂性增大，以及系统的制造成本提高。
参看图1C，表示根据现有技术的加热器模块的第三实施例，该加热器模块包括仅有一块反射板33的加热反应器31，以及多个长棒状灯32。棒状灯32以平行于晶片并位于晶片上方的方式装在加热反应器31内部，用以提高灯32的热效率。反射板33适于反射所有灯32发出的所有光束。但在这种情况下，由于各个灯32发出的光束照射角度彼此干涉和重叠，因此不可能达到精确控制特定区域的温度。
发明内容
因此，考虑到上述问题提出本发明，本发明的一个目的是提供一种快速热处理设备的加热器模块，从而精确控制温度，提高其热效率，并且使用简便。
根据本发明，上述和其它目的的实现是通过提供一种快速热处理设备的加热器模块，包括：加热反应器，所述加热反应器包括在其一侧的多个反射器，以及将各个反射器内侧分别与加热反应器的另一外侧相通的多个第一气体通道；装在各个反射器中的灯；装在加热反应器另一外侧的冷却气体入口单元，所述冷却气体入口单元具有从其中穿过的多个第一冷却气体入口，分别与加热反应器中形成的各个第一气体通道相通；石英窗口，所述石英窗口装在反射器下面，同时与反射器末端分离开，在反射器末端与面对反射器末端的表面之间形成第二气体通道；将所述石英窗口固定在加热反应器上的石英窗口固定单元；以及与第二气体通道相通的冷却气体出口单元。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中将更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点。在附图中：
图1A到1C是示意图，分别表示根据现有技术的快速热处理设备的加热器模块的不同实施例；以及
图2A到2G表示根据本发明优选实施例的快速热处理设备的加热器模块。
具体实施例方式
图2A和2B表示根据本发明一个优选实施例的快速热处理设备的加热器模块的整个结构，图2C到2g表示图2A和2B所示加热器模块的各个部分。更具体地，图2A是主要表示加热反应器上表面形状的示意图，图2B是主要表示冷却气体入口单元上表面形状的示意图，图2C是沿图2A中线D-D’的剖视图，图2D是沿图2A中线E-E’的剖视图，图2E是沿图2A中线F-F’的剖视图。在每个附图中，箭头表示冷却气体路径。
参看图2A到2G，根据本发明的快速热处理设备的加热器模块包括加热反应器100、多个灯200、冷却气体入口单元300、石英窗口400、石英窗口固定单元500以及冷却气体出口单元600。
加热反应器100在其下侧刻有多个反射器110，并形成多个第一气体通道120。这些气体通道120用于连通反射器110内侧与加热反应器100的上外侧。在各个反射器110中按一对一方式装有各个灯200。在这种情况下，反射器110和灯200适于被通过第一气体通道120进入的冷却气体冷却。如果需要，每个反射器110中可以具有另外的反射板或在其内表面涂覆反射材料。
反射器110排列形成第一反射器区I、第二反射器区II和第三反射器区III。在第一反射器区I中，各个反射器110沿横向彼此平行，使各个棒状灯200沿纵向安装。第二反射器区II位于第二反射器区I沿纵向的对面。第三反射器区III位于第一反射器区I和第二反射器区II之间。在第三反射器区III中，各个反射器110沿纵向彼此平行，使各个棒状灯200沿横向安装。这里，纵向和横向不表示特定的方向，仅是表示彼此垂直的相对方向。即，沿装在第一反射器区I和第二反射器区II中的棒状灯200延伸的假想线，垂直于沿装在第三反射器区III中的棒状灯200延伸的假想线。
根据加热器模块的尺寸，第一反射器区I和第二反射器区II的横向长度可以改变。另外，加热器模块可以具有至少两个第三反射器区III，位于加热器模块的左侧和右侧，彼此相对。在这种情况下，优选的是在两个第三反射器区III之间安装第四反射器区IV。第四反射器区IV装有U形灯。即，位于加热反应器100边缘的第一到第三反射器区I、II和III装有棒状灯，用于提高灯的热效率，而第四反射器区IV装有U形灯，便于其安装。因此，为了安装与各个U形灯相连接的电极，优选的是在加热反应器100形成垂直穿通孔140。
如上所述，由于灯排列成点阵状，即，一些灯沿纵向排列，而另一些灯沿横向排列，因此可以在相对宽的区域上达到均匀的温度分布。另外，由于U形灯装在难以安装棒状灯的特殊区域，其使用变得容易。
每个反射器110包括拱顶形的上部111，用于覆盖装在反射器110中的灯200的上部；以及从拱顶形上部111的末端向下倾斜展宽的侧壁112。反射器110具有沿一个方向延伸的长形，从而反射从装在其中的一个棒状灯或U形灯发出的光。各个反射器110与位于其两侧的相邻的反射器共享相邻的侧壁。总之，各个反射器110的结构是从拱顶形上部111向下展宽，并与相邻的反射器110连续连接，同时共享位于二者之间的相邻的侧壁112。这样，由于各个反射器110采用独立的结构，使各个灯200按一对一方式装在其中，因此在处于开状态的灯与处于关状态的其它灯之间没有干扰，形成灯的精确控制。另外，由于各个反射器具有能有效地反射灯发出的光束的结构，因此提高了灯的热效率。
各个反射器110的侧壁112形成水平穿透槽113。水平穿透槽113用于保证稳定循环并将通过加热反应器100的各个第一气体通道120进入的冷却气体排出。
加热反应器100还具有用于冷却水的水通道130。冷却水用于冷却反射器110和灯200。为了使冷却水有效冷却各个反射器110的整个部分，以及保证其稳定流动，各个水通道130的优选结构方式是，其与各个反射器110的拱顶形上部111相邻的区域形成弯曲部分131，与各个反射器110的侧壁112相邻的另外区域形成倾斜部分132和133，其从弯曲部分131下端向下变窄。
冷却气体入口单元300具有多个第一冷却气体入口310。第一冷却气体入口310位于加热反应器100的上部外侧，因此分别与第一气体通道120相通。如果各个第一气体通道120与第一冷却气体入口310之间的连接区域形成倾斜表面，则开口比例增大，从而将冷却气体平稳地流入到第一气体通道120中并在流入的冷却气体中引起扩散作用。同时，如上所述，为了便于安装U形灯，冷却气体入口单元300优选地在加热反应器100形成的垂直穿通孔140的正上方形成孔330。
在这种情况下，为了保证冷却气体平稳进入反射器110，在各个反射器110按一对一方式对应于各个冷却气体入口310的状态下，多个气体通道120优选地将各个反射器110的一个内侧与各个第一冷却气体入口310连通。各个第一冷却气体入口310设计成具有两个、三个或多个倾斜表面，允许冷却气体进入并沿其分散。在这样的形状下，由于孔310的冷却气体出口端312的内部横截面积大于其冷却气体入口端311的内部横截面积，因此使第一冷却气体入口310的内部空间作为一个压力室。另外，为了使第一冷却气体入口310有效地处理不规则压力分布，与第一冷却气体入口310的入口端311相邻的特定区域313优选地形成拱顶状。
石英窗口400装在反射器110下面，同时与反射器110的下端分离，从而二者之间形成间隙410。由于入口冷却气体通过间隙410排出，因此在下面将间隙410称为第二气体通道410。
石英窗口固定单元500用于将石英窗口400固定在加热反应器100上。
冷却气体出口单元600与第二气体通道410相通。
通过冷却气体入口单元300的第一冷却气体入口310进入的冷却气体流入加热反应器100形成的第一气体通道120，从而用于冷却灯200以及被灯200发出的光束加热的反射器110。接着，用过的冷却气体流过第二气体通道410以及反射器110的侧壁111形成的槽113，并通过冷却气体出口单元600排出。灯200和反射器110以及类似装置也被通过水通道130循环的冷却水冷却。由于如上所述冷却了灯200和反射器110以及类似装置，就可以保证灯200和类似装置的稳定工作，并延长其使用寿命。另外，可以减小使用快速热处理设备进行反复热处理步骤所需的准备时间。
加热反应器100还形成至少一个第三气体通道150，其用于将加热反应器100的上部外侧与石英窗口400和反射器110之间形成的第二气体通道410连通。冷却气体入口单元300还具有至少一个第二冷却气体入口320，与加热反应器100形成的第三气体通道150对应，从而与第二气体通道150连通。冷却气体流入第二冷却气体入口320，第二冷却气体入口320的压力高于第一冷却气体入口310，从而稳定排出冷却气体。在这种情况下，如果第二气体通道410和第三气体通道150之间的连接区域形成为倾斜表面，则开口比例增大，从而使冷却气体平稳的流入第二气体通道410，并在流入的冷却气体中引起扩散作用。
石英窗口固定单元500包括气体收集部分510，作为连通第二气体通道410的槽；以及与第二气体通道410相通的第三冷却气体入口520。冷却气体出口单元600与气体收集部分510连通。通过第一冷却气体入口310和第二冷却气体入口320流入的冷却气体，在其流向冷却气体出口单元600时吸收大量热而使其温度升高，从而负面地影响灯200和类似装置。因此，第三冷却气体入口520用于使新的冷却气体进入，也使冷却气体平稳排出。
并且，通过减小其中装有各个灯的各个反射器两侧形成的孔的尺寸，可以增大反射率。
工业适用性
从上面描述可以清楚看出，根据本发明的快速热处理设备的加热器模块，由于加热器模块中的灯、反射器和类似装置在热处理步骤过程中或之后进行冷却，因此可以保证其稳定工作，延长其使用寿命，减小进行反复热处理步骤所需的准备时间。
并且，根据本发明，各个反射器采用独立结构，使各个灯按一对一方式安装。这能够精确控制热源。另外，由于各个反射器的结构能有效地反射灯发出的光，因此可以提高灯的热效率。
此外，由于棒状灯排列成点阵状，因此可以在相对宽的区域上达到均匀的温度分布。另外，由于在难以安装棒状灯的特殊区域安装U形灯，从而其使用变得容易。
尽管为了解释的目的公开了本发明的优选实施例，但本领域一般技术人员应该理解的是，在不偏离权利要求给出的本发明范围和精神的情况下，可以做出不同修改、添加和替代。

Claims (13)

1.一种快速热处理设备的加热器模块，包括：
加热反应器，所述加热反应器包括在其一侧的多个反射器，以及将各个反射器内侧分别与加热反应器的另一外侧相通的多个第一气体通道；
装在各个反射器中的灯；
装在加热反应器另一外侧的冷却气体入口单元，所述冷却气体入口单元具有从其中穿过的多个第一冷却气体入口，分别与加热反应器中形成的各个第一气体通道相通；
石英窗口，所述石英窗口装在反射器下面，同时与反射器末端分离开，在反射器末端与面对反射器末端的表面之间形成第二气体通道；
将所述石英窗口固定在加热反应器上的石英窗口固定单元；以及
与第二气体通道相通的冷却气体出口单元。
2.如权利要求1所述的加热器模块，其中加热反应器中形成冷却水的水通道。
3.如权利要求1所述的加热器模块，其中在各个反射器按一对一方式对应于各个第一冷却气体入口的状态下，在加热反应器上形成大量第一气体通道，使各个反射器的内侧与对应的第一冷却气体入口连通。
4.如权利要求1或3所述的加热器模块，其中每个第一冷却气体入口在其冷却气体出口端的内部横截面积大于其冷却气体入口端，用于使流入的冷却气体扩散。
5.如权利要求4所述的加热器模块，其中各个第一冷却气体入口具有与其冷却气体入口端相邻的拱顶形特定区域。
6.如权利要求1所述的加热器模块，其中各个反射器包括拱顶形部分，以及从相邻的拱顶形部分末端向外展宽倾斜的侧壁，各个反射器与位于其两侧的相邻反射器共享相邻的侧壁。
7.如权利要求6所述的加热器模块，其中反射器的侧壁分别具有水平穿透槽。
8.如权利要求6或7所述的加热器模块，其中加热反应器中具有用于冷却反射器的冷却水的水通道，各个水通道的设计使其与各个反射器拱顶形部分相邻的特定区域形成弯曲部分，与各个反射器侧壁相邻的另外特定区域形成倾斜部分，该倾斜部分从其相邻的弯曲部分末端向内朝向对方倾斜，从而使冷却水流过侧壁的整个部分。
9.如权利要求1所述的加热器模块，其中所述加热反应器包括：
第一反射器区，其中反射器沿横向彼此平行形成，使各个棒状灯沿纵向安装；
沿纵向位于第一反射器区对面一侧的第二反射器区；以及
位于第一反射器区和第二反射器区之间的第三反射器区，在所述第三反射器区，反射器在纵向彼此平行形成，使各个棒状灯沿横向安装。
10.如权利要求9所述的加热器模块，其中第三反射器区包括在横向彼此朝向对方的至少两个第三反射器区，以及
加热反应器还包括：
位于两个第三反射器区之间的第四反射器区，U形灯装在其中。
11.如权利要求10所述的加热器模块，其中加热反应器形成有垂直穿通孔，用于安装分别与各个U形灯相连接的电极。
12.如权利要求1所述的加热器模块，其中加热反应器还具有至少一个第三气体通道，用于将第二气体通道与加热反应器另一外侧连通；以及
其中冷却气体入口单元形成至少一个第二冷却气体入口，按一对一方式对应于加热反应器中形成的第三气体通道。
13.如权利要求1所述的加热器模块，其中所述石英窗口固定单元包括与第二气体通道相通的气体收集部分，以及与第二气体通道相通的第三冷却气体入口；以及
其中冷却气体出口单元与气体收集部分相通。
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