CN210296306U - 一种热处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热处理装置，包括热处理腔室、加热器和固定装置，热处理腔室包括上腔室和下腔室；上腔室的侧壁至少设有一组固定孔，加热器设置于固定孔中，加热器的末端从固定孔中伸出，并延伸至固定装置的外部；热处理对象位于下腔室中；固定装置连接于热处理腔室的外壁，用于将加热器固定在固定孔内。本实用新型的有益效果在于，加热器的双层设置，使热处理腔室内温度均匀，满足工艺需求，风冷组件和加热器固定装置利于加热器的散热，延长加热器使用寿命。

Description

一种热处理装置

技术领域

本实用新型涉及加热设备领域，更具体地，涉及一种热处理装置。

背景技术

在半导体制造过程中，热处理是必要的，常用的热处理设备有立式炉、卧式炉、快速热处理。快速热处理(Rapid Thermal Processing，RTP)是指以极快的速度加热晶圆表面，以达到消除应力、退火等目的。为了保持工艺的稳定性需提供气密腔室或真空环境，将晶圆置于其中，晶圆被放置在托盘中，加热温度通常为1000摄氏度左右，理想状态下，热处理对象附近的温度应该保持一致(温差小于0.5摄氏度)。

因此，期待一种热处理装置，满足加热工艺的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种热处理装置，可以满足热处理对象的均温需求。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种热处理装置，包括：热处理腔室、加热器和固定装置，

所述热处理腔室包括上腔室和下腔室，所述加热器位于所述上腔室，热处理对象位于所述下腔室；

所述上腔室的侧壁至少设有一组固定孔，所述加热器设置于所述固定孔中，所述加热器的末端从所述固定孔中伸出，并延伸至所述固定装置的外部；

所述固定装置连接于所述热处理腔室的外壁，用于将所述加热器固定在所述固定孔内。

作为优选方案，还包括石英板，所述石英板位于所述上腔室和所述下腔室之间，所述下腔室顶部设有第一开口，所述石英板与所述第一开口密封连接，所述上腔室底部设有第二开口，所述第二开口与所述石英板密封连接。

作为优选方案，所述下腔室设有载台，用于承载热处理对象。

作为优选方案，还包括风冷组件，所述风冷组件连接于所述上腔室的外壁，所述风冷组件设有进气口和多个出气孔，所述出气孔轴线与所述固定孔轴线平行。

作为优选方案，还包括压力平衡管，所述压力平衡管连通于所述上腔室和所述下腔室的侧壁。

作为优选方案，所述上腔室为矩形，所述固定孔为直孔，每组所述直孔之间相互平行，所述直孔的两端与所述上腔室的两个相对侧面相通，或只与所述上腔室的一个侧面相通。

作为优选方案，所述上腔室设有多组所述固定孔，所述多组固定孔设置为单层或多层。

作为优选方案，多组所述固定孔设置为上下两层，下层设有多组所述固定孔，上层设有两组所述固定孔，上层所述两组固定孔在垂直方向上分别设置于下层所述固定孔的两端。

作为优选方案，所述加热器为功率可调的热辐射灯管。

作为优选方案，还包括控制电路，所述控制电路用于控制不同加热灯管的功率。

作为优选方案，还包括石英管，所述石英管的外壁与所述固定孔密封连接，所述热辐射灯管设置于所述石英管内。

本实用新型的有益效果在于：

1、加热器双层设置，使热处理腔室内温度均匀，满足工艺需求。

2、风冷组件和加热器固定装置利于加热器的散热，延长加热器使用寿命。

本实用新型的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本实用新型示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的热处理装置的剖面图

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的热处理腔室的剖面图

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的风冷组件的俯视图

图4示出了根据本实用新型的一个实施例的固定装置的爆炸图

图5示出了根据本实用新型的一个实施例的热处理装置的外观图

附图标记说明：

1-固定板；2-支撑架；3-加热灯管；4-第一连接部；5-第二连接部；6-通孔；7-凸出部；8-支撑双臂；9-固定孔；10-石英板；11-风冷组件；12-出气孔；13-进气口；14-石英管；15-上腔室；16-下腔室；17-载台；18-压力平衡管；19-进气口；20-热处理装置；21-固定装置

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本实用新型的一种热处理装置，包括：热处理腔室、加热器和固定装置，热处理腔室包括上腔室和下腔室，加热器位于上腔室，热处理对象位于下腔室；上腔室的侧壁至少设有一组固定孔，加热器设置于固定孔中，加热器的末端从固定孔中伸出，并延伸至固定装置的外部；固定装置连接于热处理腔室的外壁，用于将加热器固定在固定孔内。

具体地，本实用新型所涉及热处理装置的主体为密封的热处理腔室，腔室中包括加热器和加热对象，加热器需要和外部连接，并不密封在腔室中，腔室设有与外部连通的多个固定孔(固定孔为与腔室密封在一起的管体的内部)，每个固定孔中放置加热器，加热器通过管壁将热量传递到密封腔室内，加热器如果直接放置在管壁上，不利于加热器与管壁接触面的散热，造成加热器寿命的缩短，加热器固定装置可以支撑起加热器的末端，使加热器的表面不与管壁接触。固定装置与腔室的连接方式可采用常用的现有方式，考虑到加热器作为耗材，需要维修或者更换，选择可拆卸的连接方式更方便，在一个实例中固定装置与腔室的连接方式选择螺栓连接。

在一个实例中，还包括石英板，石英板位于上腔室和下腔室之间，下腔室顶部设有第一开口，石英板与第一开口密封连接，上腔室底部设有第二开口，第二开口与石英板密封连接。

加热对象因不同的工艺要求，需要加热到不同的温度或者需要与其他反应物发生反应，在加热的过程中，伴随有少量的蒸发物，为了防止蒸发物污染加热器，影响加热器的加热效果和使用寿命，通常加热器和加热对象之间被一层石英板隔开，石英板将整个腔室分为独立密封的上腔室和下腔室，上腔室中设有固定孔，固定孔中放置加热器，下腔室放置加热对象，下腔室设有承载物的载台，加热对象被放置在载台上，需要加热的表面朝上，加热器的散发的热量穿透石英板被加热对象吸收。

在一个实例中，上腔室为矩形，固定孔为直孔，每组直孔之间相互平行，直孔的两端与上腔室的两个相对侧面相通，或只与上腔室的一个侧面相通。

具体地，热处理装置的上腔室为矩形，与腔室密封的管体之间相互平行，管体为中空的两端开口的直管，或者只有一端开口，直管的内部与外界连通，加热器放置在直管内，当直管贯穿于腔室的两个相对侧面时，加热器的末端从两侧的固定孔中伸出，两个固定装置分别连接在腔室的两个相应外壁，从两侧将加热器的两个末端支撑固定。优选加热器的周围不与固定孔接触，热处理腔室的外壁设有风冷组件，管路上设有多个通气孔，通气孔对应加热器和固定孔之间的缝隙，每个加热管对应两个通气孔，压缩空气通过通气孔从固定孔的一端吹入，从固定孔的另一端吹出，通过空气流动带走加热器产生的热量。

在一个实例中，还包括压力平衡管，压力平衡管连通于上腔室和下腔室的侧壁。

具体地，上下腔室为独立的密封空间，加热装置工作时，下腔室需要抽成真空，或需要通入反应气体，造成上下腔室压力不一致，分割上下腔室的石英板材质较脆，空气压力容易造成其破裂，在上下腔室的侧壁上设置两个通孔，两个通孔通过一管路连通两个腔室，连通的管路位于腔室的外部，管路的末端设置抽真空装置，使上下腔室压力保持一致。

在一个实例中，上腔室设有多组固定孔，多组固定孔设置为单层或多层。

具体地，密封腔室的温度由加热器提供，加热器的分布决定了密封腔室不同区域的温度，通常情况下，希望密封腔室的不同区域具有相同的温度，因此在腔室的不同位置可设置多组加热器，加热器可设置为单层或者多层。

在一个实例中，多组固定孔设置为上下两层，下层设有多组固定孔，上层设有多组固定孔，下层多组固定孔均匀设置，上层多组固定孔在垂直方向上分别设置于下层固定孔的两端。

具体地，对于只有一层加热器的腔室，腔室内中央区域的温度会高于四周的温度，一方面由于加热器本身两端与中间的温度会有所差异，另一方面由于密封腔室的四周热量的散发，为了解决这个问题，在一个例子中，设置两层固定孔，下层固定孔均匀设置，上层固定孔设置在下层固定孔的两端，上层固定孔中的加热器作为下层温度的补偿。

在一个实例中，还包括石英管，石英管的外壁与固定孔密封连接，热辐射灯管设置于石英管内。

在一个实例中，加热器为功率可调的热辐射灯管或热电阻丝，加热温度为500-1200摄氏度。

在一个实例中，还包括控制电路，控制电路用于控制不同加热灯管的功率。

具体地，与腔室密封在一起的管体为石英管，加热器可以选择热辐射灯管，热辐射灯管产生短波长辐射，加热对象依靠选择性吸收热辐射灯管的辐射被加热，用这种方式，辐射热源和加热对象间传输能量，热处理腔室不会被加热，热辐射灯管具有较高的加热温度和较快的升降温速率，加热温度可达700-1200摄氏度，升降温速度可达每秒几十度,热处理腔室内放置多个传感器，传感器将温度实时，控制电路可以根据传感器的温度，调节加热灯管的功率，从而调节热处理腔室的温度，使热处理腔室保持恒温。

实施例：

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的热处理装置的剖面图

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的热处理腔室的剖面图

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的风冷组件的俯视图

图4示出了根据本实用新型的一个实施例的固定装置的爆炸图

图5示出了根据本实用新型的一个实施例的热处理装置的外观图

参照图1-5，热处理装置20为半导体制造工艺中的快速热退火设备，设备主体为上方的矩形热处理腔室，热处理腔室包括主要上腔室15和下腔室16以及分割上下腔室的石英板10，热处理腔室的四个侧壁上均设有加热器固定装置21，上腔室15设有多个两端开口的石英管14(石英管14与外部相通的通孔为固定孔9)，石英管14的管壁和上腔室15密封，石英管14的内部和外界相通，石英管14分为上下两层，分别贯穿于矩形腔室的两组相应的侧壁，同一层的石英管14互相平行，上下两层的石英管14，每个管体之间互相垂直，每个石英管14内放置一个加热灯管3，加热灯管3的两端延伸到石英管14的外部，并被固定在加热器固定装置21上。

下腔室16中设有载台17，载台17位于下腔室16的中央，加热对象放置于载台17上。热处理腔室的外壁设有风冷组件11，风冷组件11上设有多个出气孔12，出气孔12对应加热灯管3和固定孔9之间的缝隙，每个加热灯管3对应两个出气孔12，压缩空气从进气口13进入风冷组件11，从出气孔12进入固定孔9的一端，从固定孔9的另一端吹出，通过空气流动带走加热灯管3产生的热量。上腔室15的侧壁上设置通孔A(未标号)，下腔室的侧壁设有通孔B(未标号)，两个通孔通过压力平衡管18在外部连通上腔室15和下腔室16，管路的末端设有进气口19，外接抽真空装置。

图4为固定装置的爆炸图，固定板1上设有多个带有凸出部7的通孔6以及多个螺纹孔(固定板1上的螺纹孔及相配合的螺栓统称为第一连接部件4)，支撑架2上端有多个顶端开口的倒V形支撑双臂8和多个螺纹孔(支撑架2上螺纹孔及相配合的螺栓统称为第二连接部件5)，支撑架2通过螺栓连接到固定板1上，固定板1通过螺栓连接到真空腔室的外壁上。固定板1的通孔6的凸出部7和支撑架2的两个凸起，三者将加热灯管末端夹紧，加热灯管3的两个末端被支撑固定，加热灯管3四周与石英管壁都有间隙，采用这种固定结构，有利于加热灯管3的散热，延长灯管使用寿命。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (11)

1.一种热处理装置，其特征在于，包括热处理腔室、加热器和固定装置，

所述热处理腔室包括上腔室和下腔室，所述加热器位于所述上腔室，热处理对象位于所述下腔室；

所述上腔室的侧壁至少设有一组固定孔，所述加热器设置于所述固定孔中，所述加热器的末端从所述固定孔中伸出，并延伸至所述固定装置的外部；

所述固定装置连接于所述热处理腔室的外壁，用于将所述加热器固定在所述固定孔内。

2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，还包括石英板，所述石英板位于所述上腔室和所述下腔室之间，所述下腔室顶部设有第一开口，所述石英板与所述第一开口密封连接，所述上腔室底部设有第二开口，所述第二开口与所述石英板密封连接。

3.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述下腔室设有载台，用于承载热处理对象。

4.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，还包括风冷组件，所述风冷组件连接于所述上腔室的外壁，所述风冷组件设有进气口和多个出气孔，所述出气孔轴线与所述固定孔轴线平行。

5.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，还包括压力平衡管，所述压力平衡管连通于所述上腔室和所述下腔室的侧壁。

6.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述上腔室为矩形，所述固定孔为直孔，每组所述直孔之间相互平行，所述直孔的两端与所述上腔室的两个相对侧面相通，或只与所述上腔室的一个侧面相通。

7.根据权利要求6所述的热处理装置，其特征在于，所述上腔室设有多组所述固定孔，所述多组固定孔设置为单层或多层。

8.根据权利要求7所述的热处理装置，其特征在于，多组所述固定孔设置为上下两层，下层设有多组所述固定孔，上层设有多组所述固定孔，上层所述多组固定孔在垂直方向上分别设置于下层所述固定孔的两端。

9.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述加热器为功率可调的热辐射灯管。

10.根据权利要求9所述的热处理装置，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路用于控制不同加热灯管的功率。

11.根据权利要求9所述的热处理装置，其特征在于，还包括石英管，所述石英管的外壁与所述固定孔密封连接，所述热辐射灯管设置于所述石英管内。

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