CN1878889A - 具有交叉流衬套的热处理系统 - Google Patents

Abstract

一种用于对容纳在一携载器中的基片进行热处理的装置，该装置包括一交叉流衬套，以便改善流过每个基片表面的气流的均匀性。本发明的交叉流衬套包括一纵向凸出部分，以便容纳一交叉流注射系统。该衬套的模式和尺寸大小被制造成与晶片携载器相适应，从而减小衬套和晶片携载器之间的间隙，以便能减小或消除晶片携载器和衬套内壁之间的间隙区域中的旋涡和停滞。

Description

具有交叉流衬套的热处理系统

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2003年9月24日提交的美国临时专利申请No.60/505833的利益和优先权，在此引用这篇美国临时专利申请的全文作为参考，而且本申请与名称为“Thermal Processing System andConfigurable Vertial Chamber(热处理系统和可构造的竖直腔室)”的PCT申请PCT/US03/21575有关，该PCT申请要求享有美国临时专利申请No.60/396536和No.60/428526的优先权，在此引用它们的全文作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及用于对诸如基片的物体进行热处理的系统和方法。更具体地说，本发明涉及这样一种装置和方法，其用于对半导体晶片或基片进行热处理、退火以及把材料层沉积到半导体晶片或基片上或把材料层从半导体晶片或基片上除去。

背景技术

在由半导体基片或晶片制造集成电路(ICs)或半导体仪器的过程中，通常利用热处理装置。例如，半导体晶片的热处理包括热加工、退火、扩散或驱动掺杂物料，材料层的沉积或生成，对基片进行蚀刻或从基片去除材料。这些过程常常要求在对晶片处理之前以及处理期间，要把晶片加热到300℃至1300℃的温度，并且要求把一种或多种流体例处理气体或反应物输送到晶片。此外，无论处理气体的温度和气体流入处理腔室的速度怎样变化，这些处理过程通常要求在整个处理过程中晶片要被保持在均匀的温度。

一种传统的热处理装置通常由一庞大的处理腔室组成，该处理腔室被设置在一炉内或被一炉包围住。要被热处理的基片被密封在处理腔室内，然后利用炉把处理腔室加热到执行处理的一期望温度。对于许多处理过程，例如化学气相沉积(CVD)，密封的处理腔室首先被抽空，一旦处理腔室达到期望温度，就把一反应物或处理气体引入该处理腔室，以便在基片上形成或沉积反应种层。

在过去，热处理装置，尤其是竖直的热处理装置，通常要求保护的加热件被设置在处理腔室的侧壁附近，并且位于对产品晶片进行处理的处理区域的上方和下方。这种结构是不可取的，因为它需要一较大的腔室容积，并且必须被下行泵送，必须充满处理气体或蒸气，必须被回填或清洗，从而导致处理时间延长。此外，这种结构占用大量的空间，消耗大量的功率，这是由于来自加热器的晶片的视角因数差造成的。

这些传统的热处理装置的其它缺陷包括在处理之前升高处理腔室的温度和处理晶片所需的时间相当长，并且在处理之后使温度下降需要时间。此外，处理能开始之前，还需要额外的时间来确保处理腔室的温度均匀地稳定在所期望的温度。尽管对晶片进行处理所需的实际时间可以是半小时或更短，但是，预先处理和事后处理的时间通常需要1至3小时或更长。因此，使处理腔室的温度迅速升高和/或下降到一均匀的温度所需的时间限制了这种传统的热处理装置的处理能力。

升高和降低温度的时间相当长的根本原因是传统处理装置中的处理腔室和/或炉的热质，该热质在对晶片进行有效加热或冷却之前必须被加热或被冷却。

一直以来，减小或消除传统热处理装置的处理能力限制的一种常用方法是增大在一单一循环或过程中被处理的晶片的数量。对大量的晶片同时处理有助于通过减小对每个晶片的有效处理时间来增大这种装置的有效处理能力。然而，如果在处理期间发生故障，这种方法也就会增大危险程度。也就是说，仅单一的故障，例如如果在单一处理循环期间发生设备或处理故障，那么将会有更多数量的晶片被损坏或破坏。对于较大的晶片尺寸和较复杂的集成电路而言，根据处理阶段的不同，一块晶片的价值就会在1000$至10000$之间，这是特别令人关注的。

这种方案的另一个缺陷在于：通过增大处理腔室的尺寸大小来容纳更多的晶片，就会增大处理腔室的热质效应，从而会减小晶片被加热或被冷却的速度。此外，利用较大处理腔室来处理较大批量的晶片，会导致或造成先进后出的缺陷，其中，先被装入到腔室内的一些晶片也是被最后移走的一些晶片，这样就会导致这些晶片被暴露于升高的温度中的时间加长，从而会减小这批晶片的均匀性。

上述方法的另一个缺陷在于：对于在热处理之前和之后的许多工序而言，所用的系统和装置不能同时对大量的晶片进行处理。因此这种对大批量的或大量的晶片进行热处理，虽然提高了热处理装置的处理能力，但是却未提高半导体制造设施的总体生产能力，由于要求把晶片积累在热处理装置之前，或者使流程下游的其它系统和装置产生障碍，从而实际上会降低生产能力。

已经研制出了上述传统的热处理装置的一种替代方案，这种替代方案就是快速热处理(RTP)系统，这种快速热处理系统用于对晶片进行快速热处理。传统的快速热处理系统通常利用一小的透明的通常是石英的处理腔室。快速热处理系统减小或消除了处理腔室的热质效应，并且由于灯具有很低的热质，从而通过迅速地打开或关闭灯，就能快速地加热和冷却晶片。

不幸的是，传统的快速热处理系统具有显著的缺点，包括灯的设置，在过去，这些灯被设置在一些区域或库中，每个区域或库由与处理腔室侧壁相邻的许多灯组成。这种结构是有缺陷的，因为为了有效地使用，这种结构需要占据大量的空间和需要大量的功率，这是由于它们不良的可视性的因素造成的，所有这些在最近一代的半导体处理设备中都是非常昂贵的。

传统的快速热处理系统的另一个缺陷在于：在单一批量的晶片内，传统的快速热处理系统不能提供横穿多个晶片的均匀的温度分布，甚至对于单一晶片而言，也不能提供均匀的温度分布。对于这种不均匀的温度分布有若干原因，这些原因包括：(i)利用一盏或多盏灯，使得一个或多个晶片的视角因数差；(ii)从灯输出的功率发生变化。

此外，单一灯的功率输出发生变化或故障，会对晶片上的温度分布产生不利的影响。由于这个原因，在大多部分采用灯的系统中，使晶片转动，以便确保在处理期间由于灯的输出功率的变化所产生的温度不均匀性不会传递给晶片。然而，转动晶片所需的移动部件，尤其是转入处理腔室的部件，增加了系统的费用和复杂性，并且减小了系统的整体可靠性。

快速热处理系统的另外一个麻烦的方面在于保持横过晶片的外边缘和中央的均匀的温度分布。大部分传统的快速热处理系统没有足够的措施来调节这种温度的不均匀性。结果造成，在整个晶片表面上造成过渡性的温度波动，这会造成在高温状态的晶片产生滑移，除非利用一个黑体基座(susceptor)，该黑体基座的直径大于晶片的直径。

传统的基于灯的快速热处理系统还具有其它缺陷。例如，在过渡期间，例如当灯被打开和关闭时，没有足够的措施来提供均匀的功率分布和温度的均匀性，除非利用相位角控制来产生电噪声。性能的可重复性通常也是这种基于灯的系统的一个缺陷，由于每盏灯随着它的老化而具有不同的操作性能。尤其考虑到所采用的灯系统可具有高达180盏灯，替换这些灯会使费用增大，而且会花很长时间。电力需要也是很昂贵的，这是由于这些灯可具有约250kW的峰值功率消耗。

因此，需要这样一种装置和方法，用于在热处理期间能快速且均匀地把批量的一个或多个基片进行加热，使得在这批量基片中的每个基片的整个表面温度达到一理想温度。

发明内容

本发明提供了这些以及其它缺陷的解决方案，并且与现有技术相比，具有其它优点。

本发明提供了一种用于对诸如半导体基片或晶片进行等温加热的装置和方法，用于执行这样的工序，例如退火、扩散或驱动掺杂物料，材料层的沉积和生长，对晶片进行蚀刻或从晶片上去除材料。

提供一种热处理装置，用于在高温或升高的温度中对容纳在一携载器中的一些晶片进行处理。这种装置包括：一处理腔室，该处理腔室具有一顶壁、一侧壁和一底壁；一加热源，该加热源具有许多加热元件，这些加热元件靠近处理腔室的顶壁、侧壁和底壁，以便提供在处理区域中提供一等温环境，其中，携载器被定位成能对这些基片进行热处理。根据一个方面，对处理腔室的尺寸大小进行选择，以便使处理腔室所封闭的容积基本上不大于容纳所述携载器所需的容积，并且所述处理区域基本上在整个处理腔室延伸。优选地是，选择处理腔室的尺寸大小以封闭基本上不大于容纳携载器所需尺寸大小的125％。更优选地是，这种装置还包括：一泵送系统，该泵送系统用于在达到处理压力之前对处理腔室进行抽空；一清洗系统，用于在处理完成之后对处理腔室进行回填，处理腔室的尺寸大小被选择成能对处理腔室进行快速的抽空和回填。

根据本发明的另一个方面，处理腔室的底壁包括一可移动的基座，在该基座内具有至少一个加热元件，该可移动的基座适于被降下和升高，以便使带有基片的携载器能被插入到处理腔室内以及能把该携载器从处理腔室移开。在一个实施例中，这种装置还包括一可移动的热屏蔽件，该可移动的热屏蔽件适于被插在基座中的加热元件与容纳在携载器中的基片之间。该热屏蔽件适于把热能从基座中的加热元件反射回基座，并且适于对携载器上的基片进行热能屏蔽，以免受基座中的加热元件的影响。在这个实施例的一个变型中，这种装置还包括一闸门，当基座处于降下位置时，该闸门适于在携载器上方被移动入位，以便隔离处理腔室。这种装置包括一泵送系统，以便对处理腔室进行抽空，从而使得当基座处于降下位置时，泵送系统能对处理腔室进行抽空。

在另一个实施例中，这种装置还包括一磁性耦合再定位系统，在对基片进行热处理期间，该磁性耦合再定位系统对携载器进行再定位。优选地是，用于对携载器再定位的机械能通过基座被以磁性方式耦合到携载器上，而无需利用可移动的输送部件进入到处理腔室内，并且在基座中基本上无需移动加热元件。更优选地是，这种磁性耦合再定位系统是一磁性耦合转动系统，在对基片进行热处理期间，该磁性耦合转动系统在处理区域内转动携载器。

根据本发明的另一个方面，这种装置还包括一交叉流(cross-flow)衬套，用一改善经过每个基片表面上的气流均匀性。本发明的交叉流衬套包括一纵向凸出部分，以便容纳一交叉流注射系统。这种衬套的模式和尺寸大小被制造成与晶片携载器相适应，以便减小衬套和晶片携载器之间的间隙，结果是，减小或消除了那些对制造过程有损害的间隙区域中的旋涡或停滞。

附图说明

一旦阅读了下面的结合附图所作的详细描述以及所附的权利要求，就能清楚地理解本发明这些和其它各种特征及优点。

图1是根据本发明一实施例的具有用于提供一等温控制容积的一基座加热件的热处理装置剖面图，该装置采用了传统的上行流构造；

图2是根据一可选实施例的可用于图1所示热处理装置中的一底板的立体示意图；

图3是根据本发明一实施例的具有一基座加热件和一热屏蔽件的热处理装置的一部分的剖面图；

图4是根据本发明一实施例的图3中的基座加热件和热屏蔽件的结构示意图；

图5是根据本发明一实施例的热屏蔽件的结构示意图，该热屏蔽件具有一上层和一下层，所述上层是由具有高吸收率的材料制成，所述下层是由具有高反射率的材料制成；

图6是根据本发明另一实施例的具有一冷却沟槽的热屏蔽件的结构示意图；

图7是根据本发明一实施例的一热屏蔽件和一驱动器的立体示意图；

图8是根据本发明一实施例的具有一闸门的热处理装置的一部分的剖面图；

图9是根据本发明一实施例的具有一基座加热件和一磁性耦合的晶片转动系统的一处理腔室的剖面图；

图10是根据本发明一实施例的具有一交叉流注射系统的热处理装置的剖面图；

图11是图10中的热处理装置的一部分的剖面侧视图，表示出了根据本发明一实施例的注射孔相对于排出槽和衬套的位置以及排出槽相对于晶片的位置。

图12是沿着图10中的线A-A的图10中的热处理装置的一部分的平面图，表示出了根据本发明一实施例，气体从一主要注射件和一辅助注射件的注射孔经过一晶片然后流到一排放口；

图13是沿着图10中的线A-A的图10中的热处理装置的一部分的平面图，表示出了根据本发明另一实施例，气体从一主要注射件和一辅助注射件的注射孔经过一晶片然后流到一排放口；

图14是沿着图10中的线A-A的图10中的热处理装置的一部分的平面图，表示出了根据本发明另外一实施例，气体从一主要注射件和一辅助注射件的注射孔经过一晶片然后流到一排放口；

图15是沿着图10中的线A-A的图10中的热处理装置的一部分的平面图，表示出了根据本发明另一实施例，气体从一主要注射件和一辅助注射件的注射孔经过一晶片然后流到一排放口；

图16是根据本发明一实施例的具有一可选的上行流注射系统的热处理装置的剖面图；

图17是根据本发明一实施例的具有一可选的下行流注射系统的热处理装置的剖面图；

图18是一流程图，表示出了用于对根据本发明一实施例的批量晶片进行热处理的过程的一个实施例，通过这个过程，批量晶片中的每个晶片被迅速且均匀地加热到期望温度；

图19是一流程图，表示出了用于对根据本发明一实施例的批量晶片进行热处理的过程的另一个实施例，通过这个过程，批量晶片中的每个晶片被迅速且均匀地加热到期望温度；

图20是根据本发明一实施例的具有一交叉流衬套的热处理装置的剖面图；

图21是根据本发明一实施例的一交叉流阶梯式衬套的外部视图，表示出了一纵向凸出部分；

图22是根据本发明一实施例的一交叉流阶梯式衬套的外部视图，表示出了该衬套中的许多排出槽；

图23是根据本发明一实施例的一交叉流衬套的侧视图；

图24是根据本发明一实施例的一交叉流衬套的顶视平面图；

图25是根据本发明一实施例的一交叉流衬套的顶视局部平面图；

图26是根据本发明一实施例的具有一凸出部分的一交叉流衬套的平面图，表示出了从注射孔流出的气体在流过一晶片之前撞击衬套内壁，然后流出一排出槽；

图27是根据本发明一实施例的具有一凸出部分的一交叉流衬套的平面图，表示出了从注射孔流出的气体在流过一晶片之前相互撞击，然后流出一排出槽；

图28是根据本发明一实施例的具有一凸出部分的一交叉流衬套的平面图，表示出了从注射孔流出的气体流向一晶片的中央，然后流出一排出槽；

图29是根据本发明一实施例的流过一腔室内部的一晶片表面的气体流动线示意图，所述腔室包括一交叉流衬套和两根注射管，所述注射管具有朝着衬套内壁的注射孔；

图30是流过一腔室内部的一晶片表面的气体流动线示意图，所述腔室包括一现有技术中的衬套和两根注射管，所述注射管具有朝着衬套内壁的注射孔；

图31是根据本发明一实施例的流过一腔室内部的一晶片表面的气体流动线示意图，所述腔室包括一交叉流衬套和两根注射管，所述注射管具有相互面对的注射孔；

图32是流过一腔室内部的一晶片表面的气体流动线示意图，所述腔室包括一现有技术中的衬套和两根注射管，所述注射管具有相互面对的注射孔；

图33是根据本发明一实施例的流过一腔室内部的一晶片的表面的气体流动线示意图，所述腔室包括一交叉流衬套和两根注射管，所述注射管具有朝着晶片中央的注射孔；

图34流过一腔室内部的一晶片的表面的气体流动线示意图，所述腔室包括一现有技术中的实套和两根注射管，所述注射管具有朝着晶片中央的注射孔；

图35是根据本发明一实施例的交叉流衬套的一侧视图，表示出了该衬套壁中的许多槽；

图36是根据本发明一实施例的一交叉流衬套的剖面图，表示出了一热屏蔽件；

图37是根据本发明一实施例的一交叉流衬套的剖面图，详细表示出了一热屏蔽件；

图38是表示根据本发明一实施例的在交叉流衬套中的一细长注射管和一T形管的示意图；

图39是图38中所示的一交叉衬套的顶板的局部平面图，表示出了用于接收细长注射管的一开口；

图40是根据本发明一实施例的一热处理装置的CFD演示图，其中的热处理装置包括一交叉流衬套和一注射系统，该注射系统具有一些朝着衬套内壁的注射口；

图41是根据本发明一实施例的一热处理装置的CFD演示图，其中的热处理装置包括一交叉流衬套和一注射系统，该注射系统具有一些相互面对着的注射口；

图42是根据本发明一实施例的一热处理装置的CFD演示图，其中的热处理装置包括一交叉流衬套和一注射系统，该注射系统具有一些朝着晶片中央的注射口。

具体实施方式

本发明涉及一种用于对相当少量或小批量的一个或多个工件进行处理的装置和方法，所述工件例如是半导体基片或晶片，这些半导体基片或晶片被固定在诸如盒或载运器的携载器中，这种装置和方法能减小处理循环时间，改善处理均匀性。

在这里所用的术语“小批量”，其意思是指少于典型的批处理系统中成百个晶片的晶片数目，优选地是在从一个至大约五十三个半导体基片或晶片的范围内，其中，从一至五十是产品晶片，其余的是用于监测目的且被用作阻挡晶片(baffle wafer)的非产品晶片。

热处理是指这样的处理，其中，把工件或晶片加热到一期望温度，该期望温度通常是在约350℃至1300℃的范围内。半导体晶片的热处理可包括例如热处置、退火、掺杂材料的扩散或驱动、材料层的沉积或生长，例如化学气相沉积或CVD，以及蚀刻或从晶片去除材料。

下面将参照图1来描述根据一实施例的一种热处理装置。为了清楚起见，对于本领域技术人员所熟知的和公知的热处理装置的许多细节已被省略。这些细节在例如共同转让的美国专利US4770590中有更详细的描述，在此引用这篇美国专利作为参考。

图1是用于处理一批量的半导体晶片的热处理装置的一个实施例。如图所示，这种热处理装置100大致包括：一容器101，该容器封闭一容积，以便形成一处理腔室102，该处理腔室具有一支撑件104，该支撑件用于接收其内容纳有批量晶片108的一携载器或载运器106；热源或炉110，其具有许多加热元件112-1，112-2和112-3(在下文中被统称为加热元件112)，用于把晶片的温度加热到进行热处理的期望温度。这种热处理装置100还包括一个或多个光学的或电的温度传感元件，例如电阻温度器件(RTD)或热电偶(T/C)，用于监测处理腔室102内的温度和/或控制加热元件112的操作。在图示实施例中，温度传感元件是一断面热电偶(profile T/C)114，该热电偶具有多个独立的温度传感节或点(图中未示)，用于在处理腔室102内的多个位置进行监测温度。热处理装置100还可包括：一个或多个注射件116(图中只表示出了其中的一个)，用于把诸如气体或蒸气的流体引入到处理腔室102内，以便对晶片108进行处理和/或冷却；一个或多个清洗口或出口118(图中只表示出其中一个)，用于引入一气体，以便清洗所述处理腔室和/或冷却所述晶片。一衬套120可增大处理晶片的区域或处理区域128中晶片附近的处理气体或蒸气的浓度，并且可减小在处理腔室102的内表面上所形成的沉积层的剥落或剥离而造成的晶片污染。处理气体或蒸气通过腔室衬套120中的排放口或槽121排出处理区域。

通常，容器101被诸如O形环122的密封件密封到一平台或底盘124上，以便形成处理腔室102，在处理期间，处理腔室完全包围着这些晶片108。选择处理腔室102和底盘124的尺寸大小，以便能对处理腔室进行快速排空、快速加热和快速回填。有利地是，容器101和底盘124的大小被制造成能提供一处理腔室102，该处理腔室的尺寸大小被选择成能包围一容积，该容积基本上不大于容纳内部装有晶片108的携载器106所需的容积。优选地是，容器101和底盘124的大小被设置成能提供这样一处理腔室102，处理腔室102所具有的尺寸大小是容纳内部装有晶片108的携载器106所需尺寸大小的约125％至约150％。更优选地是，处理腔室的尺寸大小不大于容纳携载器和晶片所需尺寸大小的约125％，以便减小腔室容积，这在向下泵送和所需的回填时间方面是有帮助的。

利用密封件例如O形环、注册商标为VCR或CF的密封配件来密封注射件116、热电偶114和出口118的开口。在处理期间被释放或引入的气体或蒸气通过一前级管道或排放口126被排放掉，所述前管道或排口126被设置在处理腔室102的一壁(图中未示)中，或设置在底盘124的一封闭空间127中，如图1所示。在热处理期间，处理腔室102能被保持在大气压状态，或者通过一泵系统(图中未示)被抽空到5毫托的真空度，所述泵系统包括一个或多个低真空泵、吹风机、高真空泵和粗节流的预真空阀。

在另一实施例中，如图2所示，底盘124还包括一基本上环形的流动沟槽129，用于接收和支撑一注射件116，该注射件116包括一环131，从该环131上悬挂有许多竖直注射管或注射件116A。这些注射件116A的大小和形状被制造成能提供向上流动、向下流动或交叉流的流动模式，这将在下面被描述。环131和注射件116A被定位成能把气体注射到载运器106和容器101之间的处理腔室102内。此外，注射件116A环绕着环131被间隔开，以便能均匀地把处理气体或蒸气引入到处理腔室102内，并且如果需要的话，在清洗或回填期间能被用于把一清洗气体引入到处理腔室内。底盘124被制造成一短圆筒形式，并且具有向外延伸的一上部突缘133、一侧壁135和一向内延伸的基底137。上部突缘133用于接收和支撑着容器101，并且容纳有一O形环122，以便把容器密封到上部突缘上。基底137用于在注射件116的环131被支撑着的位置外侧接收和支撑着衬套120。

此外，图2所示的底盘124具有各种端口，包括：回填/清洗气体入口139，143；冷却口145，147，用于使底盘124中的冷却流体循环流动；一压力监测口149，用于监测处理腔室102内的压力。处理气体入口151，161把来自供给源(图中未示)的一气体引入到注射件116。回填/清洗口139，143被设置在底盘124的侧壁135处，主要用于把来自出口/清洗气体源(图中未示)的气体引到开口118。在气体供给源和开口139，143，151，161之间设置一质量流量控制器(图中未示)或任何其它适当的流量控制器，以便对流入处理腔室102的气流进行控制。

容器101和衬套120可由能够承受热高温高真空操作的热应力和机械应力并且在处理期间能抵抗气体和蒸气腐蚀的任何金属、陶瓷、水晶或玻璃材料制成。优选地是，容器101和衬套120由不透明的、半透明的或透明的石英玻璃制成，该石英玻璃具有足够的厚度，以便能承受机械应力，并且阻止过程副产品的沉积，从而减小对处理环境可能造成的污染。更优选地是，容器101和衬套120由这样的石英制成，该石英能减小或消除热量从加工晶片108的所述区域或处理区域128传导开。

批量的晶片108通过一装载锁或装载口(图中未示)被引入热处理装置100内，然后通过处理腔室或底盘124中的能够在那儿形成气密封的通入口或开口被引入处理腔室102内。在图1所示结构中，处理腔室102是一竖直反应器，通入口利用一可移动基座130来与一密封件形成一密封，所述可移动基座130在处理期间能被升高以便利用一密封件例如底盘124上的一O形环132进行密封，并且能被降低，以便能使操作者或自动操作系统例如一载运器操作单元(BHU)(图中未示)来把携载器或载运器安置在固定于基座上的支撑件104上。

加热元件112包括被设置成靠近处理腔室102的顶部134的元件(元件112-3)、靠近处理腔室102侧部的元件(元件112-2)、靠近处理腔室102底部138的元件(元件112-1)。有利的是，这些加热元件112环绕着晶片，以便能获得好的晶片视角因数(view factor)，从而在处理晶片108的处理腔室中提供一等温的控制容积或处理区域128。靠近处理腔室102的底部138的加热元件112-1能被设置在基座130内或上。如果需要的话，可以在底板124内或上设置附加的加热元件，以便对来自加热元件112-1的热量进行补充。

在图1所示实施例中，靠近处理腔室底部的加热元件112-1被隐设在可移动的基座130内。基座130由热绝缘且电绝缘的材料或绝缘块140制成，所述绝缘块具有埋置在内部或固定在内部的电的热阻元件112-1。基座130还包括一个或多个反馈传感器或热电偶141，用于控制加热元件112-1。在图示结构中，热电偶141被埋置在绝缘块140的中央。

侧部的加热元件112-2和顶部的加热元件112-3可以被设置在容器101周围的一绝缘块110中。优选地是，侧部的加热元件112-2和顶部的加热元件112-3被隐设在绝缘块110内。

加热元件112和绝缘块110和140可以被构造成各种方式，并且可以以各种方式利用各种材料来制造。

优选地是，为了获得高达1150℃的处理温度，靠近处理腔室102底部138的加热元件112-1具有从约0.1kW至约10kW的最大的功率输出，使得最大的处理温度至少为1150℃。更优选地是，这些底部的加热元件112-1具有至少约3.8kW的功率输出，使得最大的处理温度至少为950℃。在一个实施例中，侧部的加热元件112-2在功能方面被分成多个区域，包括最靠近基座130的一下部区域和上部区域，每个区域都能够从顶部的加热元件112-3和底部的加热元件112-1在相互不同的功率水平和占空比被独立操作。

以任何适当的方式来控制这些加热元件112，可以利用本领域中公知类型的控制技术来控制加热元件。

通过把加热元件和绝缘块安装在一倒置石英坩锅142中，该石英坩锅用作加热元件和绝缘块以及处理腔室102之间的阻隔件，这样即使不能消除污染的话，也能减小来自绝缘块140和底部加热元件112-1的污染。坩锅142也被密封地抵靠着半截口和BHU环境，以便进一步减小或消除处理环境的污染。通常，坩锅142的内部处于标准大气压，因此，坩锅142应当具有足够的强度，以便能承受横过该坩锅的处理腔室102和基座130之间的1个大气压的压差。

当晶片108被装载或卸载时，也就是当基座130处于降低位置(图3)时，底部加热元件112-1被通电，以便保持一个低于期望的处理温度的闲置温度。例如，对于950℃的底部加热元件的具有一期望处理温度的处理而言，该闲置温度可以为50-150℃。对于某些处理，例如对于那些具有较高的期望处理温度和/或较高的期望上升率的处理，闲置温度可以被设定得更高些，或者降低底部加热元件112-1上的热循环效应，从而延伸元件的使用寿命。

为了进一步减少预处理时间，即减小为了处理而准备热处理装置所需的时间，在推入或加载期间，底部加热元件112-1能被设置(ramped)在期望的处理温度或该期望的处理温度之下，也就是在晶片108的载运器106位于基座130上的情况下，把该基座升起来。然而，为了减小晶片108和热处理装置100的部件上的热应力，优选地是在加热元件112-3和112-2分别靠近处理腔室102的顶部134和侧部136的同时，使底部加热元件112-1到达期望的处理温度。这样，对于某些过程，例如对于需要较高的期望处理温度的过程，在成批晶片108中的最后一块晶片正被加载时，底部加热元件112-1的温度能在基座130开始被升起时开始升高。

类似地，应当知道，在处理之后以及在拉或卸载循环期间，也就是当基座128被降低时，通向底部加热元件112-1的功率能被减小或被完全除去，以便在准备对晶片108进行冷却并利用BHU来进行卸载期间，使基座130开始下降到闲置温度。

为了有助于在拉牵或卸载循环之前把基座130冷却到一拉牵温度，通过绝缘块140安装一清洗管道，用于通过空气或惰性清洗气体，例如氮气。优选地是，通过绝缘块140的中央通过一管道144来注入氮气，并且允许氮气在绝缘块10的顶部和坩锅142内部之间流出到周边。然后，热的氮气通过高效空气过滤器(HEPA)(图中未示)被排放到环境中或被排放到一排放设备(图中未示)。这种中央注入结构有利于晶片108的中央更快速地冷却，因此，可理想地减小底部晶片或晶片的中央/边缘温差，所述温差会因晶格结构的滑移而对晶片造成损坏。

如上所述，为了增加或延长底部加热元件112-1的使用寿命，闲置温度可以被设置得更高、更接近于期望的处理温度，以便减小热循环的影响。此外，可取的是，在富氧环境中烘烤焙所述加热元件112-1，以便促进保护性氧化表面层的形成。例如，在热阻元件由一含铝合金例如注册商标为Danthal的合金制成的情况下，在富氧环境中对加热元件112-1进行烘烤，就能促进生成氧化铝表面。这样，绝缘块140还可包括一氧气管道(图中未示)，以便在对加热元件112-1进行烘烤期间，促进保护性氧化表面层的形成。可选的是，用于烘烤的氧气能通过在处理期间被用于经三路阀供应冷却氮气的清洗管道来引入。

图3是一热处理装置100的一部分的剖面图。图3表示出了当晶片108被加载或卸载时也就是当基座130处于下降位置时的热处理装置100。在这种操作模式中，热处理装置100还包括一热屏蔽件146，该热屏蔽件能被转动或滑动到基座130上方和载运器106中的晶片108下方的位置中。为了改善该热屏蔽件146的性能，通常，热屏蔽件在朝着加热112-1的一侧是反射性的，而在朝着晶片108一侧是吸收性的。热屏蔽件的目的包括：增大载运器106中下部的晶片108的冷却速度，帮助保持基座130和底部加热元件112-1的闲置温度，以便减少使处理腔室102升高到期望处理温度所需的时间。下面将参照图3至图6来更详细地描述具有一热屏蔽件的热处理装置的一个实施例。

图3还表示出了具有一些基座加热元件112-1和一热屏蔽件146的一热处理装置100。在图示实施例中，热屏蔽件146通过壁148被连接到一可转动轴150上，可转动轴150由一电动的、气动的或液压的驱动器来转动，以便在拉牵或卸载循环期间把热屏蔽件146转动到加热的基座130和载运器106中的晶片108中的最下面的晶片之间的一第一位置，并且至少在推动或加载循环的一最后部分或结束部分期间，在载运器106的底部刚进入到腔室102之前，把热屏蔽件146再移动或转动到一第二位置，该第二位置不在基座和晶片之间。优选地是，可转动的轴150被安装在或固定到用于升高和降低基座130的机构(图中未示)上，从而当基座的顶部一通过处理腔室就使得热屏蔽件146能被转动入位。在加载循环期间使热屏蔽件146入位，与其它情况相比，能使加热元件112-1被更快地加热到一期望温度。类似地，在卸载循环期间，该屏蔽146通过从基座加热元件112-1反射热辐射，从而有助于晶片的冷却，尤其是有助于那些更靠近基座的晶片的冷却。

可选的是，可转动轴150能被安装到或固定到热处理装置100的另外部分上，并且适于沿轴向与基座130同步移动，或者适于仅当基座被完全降下时把热屏蔽件146转动入位。

图4是图3中的基座加热元件112-1和热屏蔽件146的示意说明图，表示出了从底部加热元件辐射的热能或热量被反射回基座130，从批量的或成叠的晶片中的下部的晶片108辐射的热能或热量被吸收。已经确定出，通过单独使用或组合使用许多不同的材料例如金属、陶瓷、玻璃或聚合物涂层，就能获得所期望的特性、高反射率和高吸收率。下面的表中通过举例的方式列出各种适当的材料和相应的参数。

表I

材料	吸收率	反射率
			不锈钢	0.2	0.8
不透明石英	0.5	0.5
			抛光铝	0.03	0.97
碳化硅	0.9	0.1

根据一个实施例，热屏蔽件146能由一单一材料例如一侧被抛光而另一侧被摩擦、磨蚀或粗糙化的碳化硅(SiC)、不透明石英或不锈钢制成。使热屏蔽件146的一表面变粗糙，就能显著改变它的热传递性能，尤其是反射率。

在另一个实施例中，热屏蔽件146能由两个不同的材料层制成。图5是具有一上层152和一下层154的一热屏蔽件的示意性解释图，其中的上层152由诸如碳化硅或不透明石英制成，并且具有高吸收性。其中的下层154由具有高反射率的材料或金属制成，例如抛光的不锈钢或抛光的铝制成。尽管图中表示出了上层和下层的厚度大致相等，但是，应当知道，上层152或下层154可具有相对更大的厚度，这取决于热屏蔽件146的具体使用要求，例如，需减小因热膨胀系数的差别而在这些层之间产生的热应力。例如，在某些实施例中，下层154可以是非常薄的层或膜，它由沉积、形成或镀在用于形成顶层152的一石英片上的抛光金属构成。这些材料能被整体成形或相互锁定，或通过传统方式例如粘合或紧固件被连接起来。

在另外一个实施例中，热屏蔽件146还包括一内部冷却沟槽156，以便进一步把晶片与底部加热元件112-1绝缘开。在这个实施例的一种变型中，如图6所示，冷却沟槽156被设置在两个不同的材料层152和154之间。例如，通过研磨或其它任何适当技术把冷却沟槽156形成在高吸收性的不透明石英层152中，并且被一金属层154或涂层例如钛或铝涂层覆盖住。可选的是，冷却沟槽156能被设置在金属层154中，也可以被设置在金属层和石英层152两者中。

图7是一热屏蔽件组件153的一实施例的立体示意图，该热屏蔽件组件包括热屏蔽件146、臂148、可转动轴150和一致动器155。

如图8所示，热处理装置100还包括一闸门158，当基座130处于完全下降的位置时，该闸门能被转动或滑动或以其它方式被移动到载运器106上方的位置，以便把处理腔室102与外部环境或装载口环境隔离开。例如，当基座130处于下降位置时，闸门158能被滑动到携载器106上方的位置中，然后被升起以便隔离处理腔室102。可选地是，当基座130处于下降位置时，闸门158能被转动或摆动到携载器106上方的位置，随后被升起来以便隔离所述处理腔室102。可选择的是，闸门158可以围绕或相对于螺杆或杆转动，以便同时把闸门升起，从而随着闸门被摆到携载器106上方的位置而把处理腔室102隔离开。

对于通常在真空状态下例如在CVD系统中操作的处理腔室102，闸门158能相对于底板124形成一真空密封，以便允许处理腔室102被泵吸至处理压力或真空。例如，理想的是，在顺序批量的晶片之间对处理腔室102进行泵吸，以便减小或消除对处理环境造成污染的可能性。优选地是，利用一大直径密封件例如一O形环来形成一真空密封，这样，闸门158就能有利地包括许多水沟槽160，以便对所述密封进行冷却。在图8所示实施例中，当基座130处于升起位置时，闸门158利用与用来密封坩锅142相同的O形环132进行密封。

对于处理腔室102通常在大气压力状态下操作的热处理装置130，闸门158只是一隔绝塞子，该隔绝塞子用于减少处理腔室底部的热损失。用于实现这个用途的一个实施例包括使用一不透明的石英板，该石英板可包括也可不包括位于其下面或内部的许多冷却沟槽。

当基座130处于完全下降的位置时，闸门158被移入到处理腔室102下方的位置中，然后通过一个或多个电动的、液压的或气动的致动器(图中未示)把闸门升起来，以便把处理腔室隔离开。优选地是，驱动器是气动致动器，该气动致动器采用约15至60磅每平方英寸表压(PSIG)的空气，在用于操作气动阀的热处理装置100上通常能获得这种空气。例如，在这个实施例的一种变型中，闸门158可包括一板，该板具有许多轮，这些轮通过一些短臂或悬臂被连接到该板的两侧。在操作过程中，该板或闸门158在两个平行导轨上被滚动到处理腔室102下方的位置中。然后，在导轨上停止，然后使悬臂转动，把闸门158的移动转换成向上方向的移动，从而对处理腔室102进行密封。

如图9所示，热处理装置100还包括一磁性耦合的晶片转动系统162，该晶片转动系统在处理期间用于对支撑件104和其上支撑有晶片108的载运器106进行转动。在处理期间对晶片进行转动，这能通过在加热元件112中对任何非均匀性进行均匀化，从而改善晶片内(WIW)的均匀性，并且在处理过程中，气体进行流动，从而在晶片上产生一均匀的温度以及种反应分布。通常，晶片转动系统162能够以约0.1至约10转每分钟(RPM)的速度来转动晶片108。

晶片转动系统162包括一驱动组件或转动机构164，该驱动组件或转动机构164具有一转动马达166例如一电马达或气动马达以及一磁铁168，所述磁铁被封装在一抗化学性的容器内，例如，被封装在由退火的聚四氟乙烯或不锈钢制成的容器内。利用设置在基座130的绝缘块140正下方的一钢环170和该绝缘块的一驱动轴172，把转动能量传递到位于基座顶部的绝缘块上方的另一块磁铁174。钢环170、驱动轴172和第二块磁铁174也被封装在一抗化学性的化合物容器内。位于基座130侧的磁铁174通过坩锅142与一钢环或磁铁176以磁性方式联接，所述钢环或磁铁被埋置在处理腔室102中的支撑件104中或被固定到支撑件104上。

通过基座130以磁性方式联接转动机构164，这样无需把转动机构设置在处理环境内，也无需具有一机械馈入装置，从而消除了泄漏和污染的潜在发生源。此外，把转动机构164设置在外部并且距处理腔室一些距离，这样就减小了转动机构164所处环境的最高温度，从而增大了可靠性，延长了晶片转动系统162的使用寿命。

除了上面所描述的以外，晶片转动系统162还可包括一个或多个传感器(图中未示)，以确保载运器106正确定位并确保在处理腔室102中的钢环或磁铁176和基座130中的磁铁174之间形成正确的磁性耦合。用于确定载运器106的相对位置的传感器或载运器位置确认传感器是非常有用的。在一个实施例中，载运器位置确认传感器包括位于载运器106上的一传感器突起(图中未示)和一位于底板124下方的激光传感器。在操作中，在晶片被处理之后，基座130被下降到底板124之下约3英寸。在那儿，对晶片转动系统162进行控制，以便转动载运器106，直到载运器传感器突起能被看见为止。然后，对晶片转动系统162进行操作，以便使载运器对齐，从而，晶片108能被卸载。在完成这些之后，载运器被下降到装载/卸载高度。在进行初步检查之后，只能从标志传感器来确认载运器位置。

如图10所示，优选地是，在热处理装置100中采用改进的注射件216。这些注射件216是分布的或交叉流(X流)注射件216-1，其中，处理气体或蒸气通过晶片108和载运器106一侧的注射件开口或孔180被引入，并且使处理气体或蒸气以层流方式横过晶片的表面流到位于相反侧的腔室衬套120中的废气排出口或槽182。交叉流注射件116-1通过在较早的向上流动或向下流动结构中提供改进的处理气体或蒸气的分布状况，从而改进了晶片108，使批量晶片108内具有晶片均匀性。

此外，交叉流注射件216能具有其它用途，包括注射用于冷却的气体(例如氦，氮，氢)，以便在晶片108之间进行强制的对流冷却。与较早的向上流动或向下流动结构相比，利用交叉流注射件216，无论是位于堆垛或批量中的底部或顶部的晶片，还是位于中部的晶片，都能使晶片108之间的冷却更均匀。优选地是，注射件216的注射孔180的大小形状和位置被设置成能提供一喷射模式，这能以一种不会产生横过晶片的大的温度梯度的方式促进晶片108之间的强制对流冷却。

图11是图10中的热处理装置100的一部分的剖面侧视图，图中表示出了与腔室衬套120相关的注射孔180以及与晶片108相关的排出槽182的一部分。

图12是根据一个实施例沿着图10中的线A-A的图10中的热处理装置100一部分的剖面图，表示出了气体层流，该气体层流从主要的和辅助的注射件184，186的孔180-1，180-2流经图中示出的其中一个晶片108，并流到排出槽182-1和182-2。应当注意到，图10中所表示出的排出槽182的位置已从图12所示的排出槽182-1和182-2的位置被偏移，以便可以在热处理装置的一个单一的剖面图中表示出排出槽和注射件116-1。还应注意到，注射件184，186以及排出槽182-1和182-2的相对于晶片108的尺寸大小被放大了，以便能清楚地表示出从注射件流到排出槽的气流。

此外，如图12所示，处理气体或蒸气起初被引导离开晶片108，并且流向衬套120，以便在处理气体或蒸气到达晶片之前促进处理气体或蒸气的混合。孔180-1和180-2的这种结构对于一些过程和方法是非常有用的，其中，不同的反应物从每个主要的和辅助的注射件184，186被引入，以便例如形成多组分的膜或层。

图13是根据另一个实施例沿着图10中的线A-A的图10中的热处理装置的一部分的剖面图，表示出了一条可选的气体流通路径，该气体流通路径从主要的和辅助的注射件184，186的孔180，经过图中所示的其中一个晶片108，通向排出槽182。

图14是根据另外一个实施例沿着图10中的线A-A的图10中的热处理装置的一部分的剖面图，表示出了一条可选的气体流通路径，该气体流通路径从主要的和辅助的注射件184，186的孔180，经过图中所示的其中一个晶片108，通向排出槽182。

图15是根据另一个实施例沿着图10中的线A-A的图10中的热处理装置的一部分的剖面图，表示出了一条可选的气体流通路径，该气体流通路径从主要的和辅助的注射件184，186的孔180，经过图中所示的其中一个晶片108，通向排出槽182。

图16是根据一个可选实施例的具有两个或更多个上行流注射件116-1和116-2的热处理装置100的剖面图。在这个实施例中，从在处理腔室102低部具有对应出口孔的处理注射件116-1和116-2进入的处理气体或蒸气向上流动并经过晶片108，使用过的气体流出衬套120顶部的排出槽182。图1中也表示出了一种上行流注射系统。

图17是根据一可选实施例的具有一下行流汽注射件系统的热处理装置100的剖面图。在这个实施例中，从在处理腔室102高部具有对应出口孔的处理注射件116-1和116-2进入的处理气体或蒸气向下流动并经过晶片108，使用过的气体流出到衬套120下部的排出槽182。

有利地是，能被迅速且容易地用具有不同的用于从处理区域128注射或排放处理气体的位置的其它注射件和衬套来替换注射件116，216和/或衬套120。本领域技术人员会知道，图10所示实施例的交叉流注射件216通过使处理腔室102内的流动模式能被迅速且容易地从图10所示的交叉流构型改变成图1和图16所示的上行流构型或图17所示的下行流构型，从而增加了处理的灵活度。这可以这样来实现，即，通过使用容易安装的注射组件216和衬套120来把流动几何构型从交叉流转变成上行流或下行流。

注射件116，216和衬套120可以是单独部件，或者是，注射件可以与衬套成整体地设置成一单一构件。在需要频繁地改变处理腔室构型的应用场合中，后一种实施方式是特别有用的。

下面将参照图18来描述用于操作热处理装置100的方法或过程。图18是一流程图，表示出了用于热处理批量晶片108的方法步骤，其中，批量晶片中的每个晶片被迅速且均匀地加热到一期望温度。在这种方法中，基座130被降下，在基座130被降下的同时热屏蔽件142被移动入位，以便把热量从底部加热元件112-1反射回基座130，从而保持其温度，并把成品晶片108隔离起来(步骤190)。可选地是，闸门158被移动入位，以便密封或隔离所述处理腔室102(步骤192)，并且向加热元件112-2，112-3通电，以便开始对处理腔室102预加热，从而保持一中间或闲置温度(步骤194)。把装载有新晶片108的携载器或载运器106放置在基座130上(步骤196)。基座130被升起，以便把载运器定位在处理区域128中，同时移去闸门158、热屏蔽件142，并加热(ramping-up)底部加热元件112-1，以便把晶片预热到一中间温度(步骤197)。优选地是，在载运器106刚被定位在处理区域128中之前，把热屏蔽件142移去。在晶片108的一侧通过许多注射口180引入一流体例如处理气体或蒸气(步骤198)。流体从注射

180流过晶片108的表面，并流到相对于注射口而言位于晶片相反侧的衬套120中的排放口182(步骤199)。可选地是，在对批量晶片108进行热处理期间，载运器106能在处理区域128内转动，以便进一步改善热处理的均匀性，通过把机械能经基座130以磁性方式耦合到携载器或载运器106，以便在对晶片进行热处理期间，将载运器106重新定位(步骤200)。

下面将参照图19来描述根据另一个实施例的热处理装置100的方法和过程。图19是一流程图，表示出了在该实施例中用于对携载器中的批量晶片108进行热处理的方法的步骤。在这种方法中，所述装置100设置有这样一处理腔室102，该处理腔室102的尺寸大小和容积基本上不大于容纳内部装有晶片108的携载器106所需(没有保护加热器)的容积。基座130被降下，内部装有晶片108的载运器106被定位在基座上(步骤202)。基座130被升起，以便把载运器插入处理腔室102内，同时把晶片108预热到一中间温度(步骤204)。向加热元件112-1，112-2，112-3供电，每个加热元件被设置得靠近处理腔室102的顶壁134、侧壁136和底壁138中的至少一个，以便开始对处理腔室进行加热(步骤206)。可选地是，独立调节供向至少一个加热元件的功率，以便在处理腔室102中的处理区域128中提供一种温度为期望温度的基本上等温的环境(步骤208)。当晶片108已被热处理时，并且在处理区域128保持期望温度时，基座130被降下，热屏蔽件142被移动入位，以便对成品晶片108进行隔离，并且把热量从底部加热元件112-1反射回基座130，以便保持其温度(步骤210)。此外，可选地是，闸门158被移动入位，以便密封或隔离处理腔室102，并向加热元件112-2，112-3供电，以便保持处理腔室的温度(步骤212)。然后，把载运器106从基座130移走(步骤214)，把装载有待处理的新批量晶片的另一个载运器定位到基座上(步骤216)。闸门158被重新定位或被移走(步骤218)，并且，热屏蔽件被撤出或被重新定位，以便把载运器106中的晶片预加热到一中间温度，同时把基座130升起，以便把载运器插入到处理腔室102内，以便对新批量晶片进行热处理(步骤220)。

已经断定，与传统系统相比，按上述方式操作和提供的热处理装置100可减小处理或循环时间约75％。例如，一台传统的大批量热处理装置在约232分钟内可处理100个产品晶片，所述约232分钟包括事先处理和事后处理时间。而本发明的热处理装置100在约58分钟内可对一小批的25个产品晶片108进行相同的处理。

下面将参照图20-42来描述根据本发明一实施例的一交叉流(X流)衬套。

在传统的上行流竖直炉中通常采用阶梯式衬套，以便增大处理气体的速度和扩散控制。这些阶梯式衬套还被用于帮助改善晶片内的均匀性。不幸的是，阶梯式衬套并不纠正沿堆叠下行的耗减的问题，由于反应气体的单一注射点迫使所有注入的气体流经所述堆叠的所有表面，从而会产生所述沿堆叠下行的耗减的问题。在现有技术中的竖直交叉流炉中，虽然这种沿堆叠下行的耗减的问题已被解决，但是，不是在晶片之间，而是在晶片携载器和衬套内壁之间的间隙区域中可形成最小阻力的流通路径。这种最小阻力路径可造成旋涡或停滞，这种旋涡或停滞会对制造过程造成损害。对于某些处理化学过程，炉中的旋涡和停滞可产生整个晶片的非均匀性问题。

本发明提供一种交叉流衬套，这种交叉流衬套通过提供流过被支撑在携载器中的每个基片的表面的均匀气流，从而能显著改善晶片内的均匀性。总地来说，本发明的交叉流衬套包括一纵向凸出部分，以便容纳一交叉流注射系统，从而能使这种衬套的模式和尺寸大小适应于晶片携载器。衬套和晶片携载器之间的间隙被显著减小，于是，就能减小或避免现有技术的炉中所产生的旋涡和停滞。

图20表示出了根据本发明一实施例的具有一交叉流衬套的热处理装置230。为了描述简便，那些与本发明并不密切相关的元件在附图中并不表示，也不被描述。总地来说，这种装置230包括一容器234，该容器形成一处理腔室236，该处理腔室具有一支撑件238，该支撑件238用于接收内部装有批量晶片242的一携载器240。这种装置230包括热源或炉244，用于把晶片242的温度升高到进行热处理的期望温度。提供一交叉流衬套232，以便增大晶片附近的处理气体或蒸气的浓度，并减小由于能在处理腔室236的内表面上所形成的沉积物的剥落或剥离所造成的对晶片242的污染。衬套232的模式被构造成适应于晶片携载器240的轮廓，衬套232的尺寸大小被制造成能减小晶片携载器240和衬套壁之间的间隙。衬套232被安装到底板246上，并且被密封起来。在衬套232和晶片携载器240之间设置一交叉流注射系统250。气体通过许多注射口或孔252从晶片242和携载器240的一侧被引入，并以层流方式流过晶片的表面，这将在下面被描述。在与排放气体或反应副产品相反侧的衬套232中设置多个槽254。

交叉流衬套可由能够承受高温高真空操作的热应力和机械应力，并且在处理期间能抵抗由所用的或所释放出的气体或蒸气的腐蚀的任何金属、陶瓷、水晶或玻璃材料制成。优选地是，交叉流衬套由不透明的、半透明的或透明的石英玻璃制成，这些石英玻璃具有足够的厚度以便能承受机械应力，并且能阻止过程副产品的沉积，从而减小处理环境所造成的潜在污染。在一个实施例中，衬套由这样的石英制成，这种石英能减小或消除离开处理晶片所在的区域或处理区域的热量传导。

图21和22表示根据本发明一个实施例的交叉流衬套232的外部视图。总地来说，交叉流衬套232包括一圆筒256，该圆筒256具有一封闭端258和一敞开端260。圆筒256设置有一纵向凸出部分262，以便容纳一交叉流注射系统(图中未示)。优选地是，该凸出部分262沿圆筒256的大部分长度延伸。在与凸出部分262相反的一侧，在圆筒256中沿纵向设置有许多横向槽254，以便排出气体和反应副产品。

交叉流衬套232的尺寸大小和模式被制造成适应于晶片携载器240和携载器支撑件238的轮廓。在一个实施例中，衬套232包括：一第一部分，该第一部分的大小与晶片携载器240相适应；一第二部分263，该第二部分的尺寸大小与携载器支撑件238相适应。第一部分261的直径可与第二部分263的直径不同，即，衬套232可以是阶梯式的，以便分别适应于晶片携载器240和携载器支撑件238。在一个实施例中，衬套232的第一部分261具有一内部直径，该内部直径是携载器外部直径的约104％至110％。在另一个实施例中，衬套232的第二部分263具有一内部直径，该内部直径是携载器支撑件238的外部直径的约115％至120％。第二部分263可设置有一个或多个热屏蔽件264，以便保护诸如O形环的密封件，使该密封件不会被加热元件过分加热。

图23是交叉流衬套232的一侧视图，表示出了第一部分261和第二部分263之间的阶梯。纵向凸出部分262沿着第一部分261的长度延伸。在凸出部分232中容纳一注射系统(图中未示)，用于引入一种或多种气体，使气体流过每个基片242的表面。在第二部分263中可设置一个或多个热屏蔽件。

图24是交叉流衬套232的顶视平面图，表示出了具有开口266的圆筒256的封闭端258，所述开口266用于接收一交叉流注射系统。图25中详细地表示出了，封闭端258中的开口266具有一些凹口268，这些凹口用于对交叉流注射系统进行取向并使交叉流注射系统稳定。虽然为了解释之目的，图中表示出了三条凹口，但是，应当知道，可以设置任何数目的凹口，以便注射系统中的注射口能被定向成任何期望的方向。

交叉流注射系统250可包括一个或多个细长管，所述细长管可围绕一轴线在360度范围内转动。美国专利申请No._____(代理人档案号No.33606/US/2)，这篇美国专利申请与本申请是同时申请的，它描述了注射系统的一个实施例，在引此引用这篇美国专利申请的全文作为参考。在优选实施例中，这些细长管设置有许多注射口或孔252，这些注射口或孔252在细长管中沿纵向分布，用于引导反应物和其它气体流过每个基片的表面。在一个实施例中，细长管包括一指示销(图中未示)，该指示销用于把细长管锁定在封闭端258中的开口266中的其中一条凹口268中。在一个实施例中，这些管中的注射口或孔252被设置成与指示销对齐。因此，当安装细长管时，该销就被锁定在其中一条凹口268中，并且该管中的注射口252被定向成朝着被锁定在凹口中的指示销所指的方向。

在优点方面，本发明的交叉流衬套包括一凸出部分，在该凸出部分内能容纳一交叉流注射系统，从而，能把衬套制造成适应于晶片携载器的轮廓，以便减小衬套和晶片携载器之间的间隙。这有助于减小在衬套内壁和晶片携载器之间的间隙区域中的旋涡和停滞，从而能改善流动的均匀性，这种流动均匀性又能改善沉积膜的质量、均匀性和可重复性。

在图23-25所示的一个实施例中，两根细长的注射管(图中未示)被设置在凸出部分262中。两个开口266被设置在衬套232的封闭端中，以便接收两根细长的注射管。凹口268被设置在开口266中，以把注射口252定向成朝一个特定的方向。可以设置任何数目的凹口，以便这些细长的注射管能在360度范围内被调节，并且注射口252能被定向成朝着所期望的任何方向。在一个实施例中，细长管中的指示销被接收在凹口268A中，从而，使注射口252被定向成朝着衬套232的内表面。如图26所示，在流过每个基片242的表面之前，流出注射口252的气体撞击到衬套壁270，并且在凸出部分262中混合。在另一个实施例中，细长管中的指示销被接收在凹口268B中，从而把每根注射管中的注射口252定向成相互面对着。如图27所示，在流过每个基片的表面之前，流出注射口252的气体相互撞击，并且在凸出部分262中混合。在另一个实施例中，细长管中的指示销被接收在凹口268C中，从而把注射口252定向成朝着基片242的中央，如图28所示。

图29-34是“颗粒轨迹”图，表示出了流过一腔室内的一基片表面的气体流动路线。这些图表示出了在高度不平衡流动状态下从注射口至排出槽的颗粒轨迹272。流出第一(最左侧)注射件的流动动量比流出第二(最右侧)注射口的流动动量高十倍。如图29，31，33所示，与现有技术中的衬套相比，本发明的交叉流衬套在提供模向流经基片表面的均匀气体流方面具有大量优点。本发明的交叉流衬套中的凸出部分为在气体流过基片表面之前从注射口流出的气体提供了一混合腔室，从而有利于气体的“弹道混合”的动量传递。相比较而言，在具有现有技术中的衬套的腔室中，没有设置本发明中的凸出部分，流过基片表面的气流是不规则和不均匀的，如图30，32和34所示。

图35是交叉流衬套232的外部视图，表示出了穿过衬套圆筒壁的许多横向槽254。这些槽254的尺寸大小和模式被预先确定，并且被沿着纵向设置在与凸出部分262相反的一侧。在一个实施例中，在衬套中的众多槽之间的间距与注射管中的众多注射口之间的间距相匹配，以便有利于气体的排出。图36和图37是剖面图，表示出了位于衬套232中的第二部分中的热屏蔽件264和两条凹口274，所述两条凹口274用于接收并稳定住衬套第二部分中的细长管。

图38-39表示出了本发明的另外一个实施例。在凸出部分262中一条细长注射管276。一T形管278与衬套232的第二部分263中的细长管276相连。两种气体分别被引入到细长管276和T形管278内，并且在注射口之前在该细长管276内被预混合。

在操作中，一真空系统在反应腔室236中产生一真空压力。该真空压力作用于容器234的延伸方向。交叉流衬套232可根据真空压力进行操作，以便在交叉流衬套232内部产生一第二真空压力。该第二真空压力作用于横过容器234延伸方向并且横过每个基片242表面的方向。两种气体例如一第一气体和一第二气体从两个不同气体源被引入注射系统的两根细长管内。这些气体流出晶片242一侧的注射口252，并且作为层流沿着形成于两个相邻晶片之间的一条路径被传送。过多的气体或反应副产品通过与细长管中的注射口252相匹配的衬套壁中的横向槽254被排出。

图40是根据本发明一实施例的具有交叉流衬套的热处理装置的计算的流体动力(CFD)示范。交叉流衬套具有一减小的直径，它与晶片携载器相适应。一交叉流注射系统被容纳在衬套的凸出部分中。注射系统包括两根细长的注射管，每根注射管具有许多注射口，以便横过每个基片的表面引入反应物或其它气体。注射口被定向成朝着衬套内表面，从而使得流出注射口的气体撞击衬套壁，并在流过每个基片的表面之前在凸出部分中混合。在一个例子中，被引入两根注射管的气体分别是在75sccm的BTBAS(叔丁基氨基硅烷)和NH₃。图40表明具有良好的横过晶片的速度。

图41是根据本发明一实施例的具有交叉流衬套的热处理装置的计算流体动力学(CFD)示范。交叉流衬套具有一减小的直径，它与晶片携载器相适应。一交叉流注射系统被容纳在衬套的凸出部分中。注射系统包括两根细长的注射管，每根注射管具有许多注射口，以便横过每个基片的表面引入反应物或其它气体。注射口被定向成朝着基片的中央。在一个例子中，被引入两根注射管的气体分别是在75sccm的BTBAS(叔丁基氨基硅烷)和NH₃。图41表明具有良好的横过晶片的速度。

图42是根据本发明一实施例的具有交叉流衬套的热处理装置的计算流体动力(CFD)示范。交叉流衬套具有一减小的直径，它与晶片携载器相适应。一交叉流注射系统被容纳在衬套的凸出部分中。注射系统包括两根细长的注射管，每根注射管具有许多注射口，以便横过每个基片的表面引入反应物或其它气体。每根注射管中的注射口被定向成相互面对着，从而在气体流过每个基片的表面之前混合。在一个例子中，被引入两根注射管的气体分别是在75sccm的BTBAS(叔丁基氨基硅烷)和NH₃。图42表明具有良好的横过晶片的速度。

前面对本发明特定实施例和例子的描述是为了解释和描述目的而进行的，尽管已通过前面特定的例子描述和解释了本发明，但是，本发明并不应被解释为局限于这些例子。这些例子并不是穷举的，本发明也并不局限于所公开的精确形式，在上述教导下，可以在本发明范围内对本发明作出各种变型、改进和变化。本发明的范围包括在这里所公开的类属范围，本发明的范围由所附的权利要求及其等效方案来限定的。

Claims (13)

1、一种用于对容纳在携载器中的多个基片进行热处理的装置，所述装置包括衬套，该衬套包围所述携载器，

其中，所述衬套包括一圆筒，该圆筒设置有纵向凸出部分，以便容纳一注射系统，该注射系统用于横过每个基片的表面引入一种或多种气体。

2、根据权利要求1所述装置，其中，衬套的模式和尺寸大小被制造成与携载器相适应，并且该衬套所具有的内部直径约为携载器直径的104％-110％。

3、根据权利要求1所述装置，其中，所述圆筒设置有多个槽，这些槽沿着所述圆筒的长度延伸，用于排出气体。

4、根据权利要求1所述装置，其中，所述圆筒包括封闭端和敞口端，所述封闭端设置有一个或多个开口，以便接纳所述注射系统。

5、根据权利要求1所述装置，其中，所述圆筒包括第一部分和第二部分，所述第一部分的模式和尺寸大小被制造成与携载器相适应，并且该第一部分具有第一直径，该第一直径约为携载器直径的104％-110％，所述第二部分的模式和尺寸大小被制造成与用于携载器的一支撑件相适应，并且该第二部分所具有的直径约为所述支撑件直径的115％-120％。

6、根据权利要求5所述装置，其中，所述衬套还包括一个或多个热屏蔽件件，所述热屏蔽件件围绕所述圆筒的第二部分的周边设置。

7、根据权利要求1所述装置，其中，所述注射系统包括一根或多根细长管，在所述细长管中设置有多个注射口。

8、根据权利要求7所述装置，其中，所述一根或多根细长管可围绕一轴线在360度范围内转动。

9、一种交叉流衬套，包括一圆筒，该圆筒具有封闭端和敞口端，所述圆筒设置有纵向凸出部分，以便容纳一注射系统。

10、根据权利要求9所述交叉流衬套，其中，所述圆筒设置有多个与所述凸出部分相对的横向槽。

11、根据权利要求9所述交叉流衬套，其中，所述封闭端设置有一个或多个开口，所述开口的尺寸大小被制造成能接纳所述注射系统。

12、根据权利要求11所述交叉流衬套，其中，所述一个或多个开口设置有一条或多条凹口。

13、根据权利要求12所述交叉流衬套，其中，所述圆筒包括：第一部分，该第一部分具有第一直径；第二部分，该第二部分具有第二直径，所述第一部分设置有多个与所述凸出部分相对的横向槽，所述第二部分围绕该第二部分的周边设置有一个或多个热屏蔽件件。

Images