RU111349U1

RU111349U1 - REACTOR FOR THERMAL TREATMENT OF SEMICONDUCTOR PLATES IN A GAS MEDIUM OR VACUUM

Info

Publication number: RU111349U1
Application number: RU2011115283/28U
Authority: RU
Inventors: Алексей Николаевич Алексеев; Константин Маркович Крупальник
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научное и технологическое оборудование"
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2011-12-10

Abstract

Реактор для термической обработки полупроводниковых пластин в газовой среде или вакууме, содержащий вакуумную камеру, источник инфракрасного излучения и средство поддержки полупроводниковой пластины в вакуумной камере, отличающийся тем, что корпус вакуумной камеры выполнен с двойными стенками из металла, пространство между стенками корпуса вакуумной камеры сообщено с источником подачи охлаждающей среды и магистралью ее отвода, в верхней части корпуса вакуумной камеры выполнено окно, которое закрыто пластиной из кварцевого стекла, герметично уплотненной относительно корпуса вакуумной камеры, источник инфракрасного излучения размещен над кварцевой пластиной, при этом в корпусе вакуумной камеры с нижней стороны полупроводниковой пластины установлен отражатель инфракрасного излучения, снабженный системой охлаждения. A reactor for heat treatment of semiconductor wafers in a gas medium or vacuum, comprising a vacuum chamber, an infrared radiation source and means for supporting a semiconductor wafer in a vacuum chamber, characterized in that the housing of the vacuum chamber is made of double walls of metal, the space between the walls of the body of the vacuum chamber is communicated with a coolant supply source and a discharge line, a window is made in the upper part of the vacuum chamber housing, which is covered by a quartz glass plate, g rmetichno compacted body with respect to the vacuum chamber, a source of infrared radiation is placed above the quartz plate, and the vacuum chamber housing the lower side of the semiconductor wafer is mounted infrared reflector provided with a cooling system.

Description

Полезная модель относится к области термической обработки полупроводниковых материалов, предназначенных для изготовления приборов, используемых в микроэлектронике.The utility model relates to the field of heat treatment of semiconductor materials intended for the manufacture of devices used in microelectronics.

Известно устройство для термической обработки полупроводниковых пластин, содержащее размещенные в корпусе отражательный экран с водоохлаждающей рубашкой, источник инфракрасного излучения и систему подачи газа; устройство снабжено расположенной над отражательным экраном прозрачной пластиной с выполненными в ней сквозными наклонными отверстиями, служащими для прохода газа, а источник инфракрасного излучения расположен между отражательным экраном и прозрачной пластиной, SU 443234.A device for heat treatment of semiconductor wafers is known, comprising a reflective screen with a water-cooling jacket, an infrared radiation source, and a gas supply system; the device is equipped with a transparent plate located above the reflective screen with through inclined holes made therein for gas passage, and an infrared radiation source is located between the reflective screen and the transparent plate, SU 443234.

Данное техническое решение имеет ряд недостатков. Прежде всего, следует отметить, что источник инфракрасного излучения находится в корпусе устройства в полости, в которую подается газ. Это не позволяет использовать химически активные газы или газовые смеси в процессе термообработки. Кроме того, наличие сквозных отверстий в прозрачной пластине не позволяет создать вакуум в камере и осуществлять термическую обработку полупроводниковых пластин в вакууме.This technical solution has several disadvantages. First of all, it should be noted that the source of infrared radiation is located in the device’s body in the cavity into which the gas is supplied. This does not allow the use of chemically active gases or gas mixtures in the heat treatment process. In addition, the presence of through holes in the transparent wafer does not allow a vacuum to be created in the chamber and heat treatment of the semiconductor wafers in a vacuum.

Известен реактор для термической обработки полупроводниковых пластин в газовой среде или вакууме, содержащий вакуумную камеру, корпус которой выполнен из кварцевого стекла. Источник инфракрасного излучения представляет собой совокупность галогенных ламп накаливания, размещенных с верхней и нижней сторон корпуса вакуумной камеры вне ее. Внутри корпуса размещено средство поддержки полупроводниковой пластины, US 6051512.Known reactor for heat treatment of semiconductor wafers in a gas medium or vacuum, containing a vacuum chamber, the housing of which is made of quartz glass. The infrared source is a set of halogen incandescent lamps placed on the upper and lower sides of the housing of the vacuum chamber outside it. A semiconductor wafer support means, US 6051512, is housed within the housing.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.This technical solution was made as a prototype of this utility model.

Ввиду интенсивного нагрева корпуса вследствие расположения ламп инфракрасного излучения с двух сторон вакуумной камеры и отсутствия системы охлаждения, температура и время проведения процесса термической обработки полупроводниковых пластин ограничены. В подобных камерах при максимально возможной температуре 1200°С процесс можно проводить не более 30 секунд, в ином случае происходит деградация материала корпуса вакуумной камеры. Тем не менее, во многих случаях необходимо проведение термической обработки полупроводниковых пластин при более высоких температурах (до 1350°С) в течение значительно более продолжительного времени (до 1 часа). Кроме того, в устройстве-прототипе отсутствуют средства для быстрого охлаждения обработанной пластины, что снижает производительность установки.Due to the intense heating of the case due to the location of infrared radiation lamps on both sides of the vacuum chamber and the absence of a cooling system, the temperature and time of the heat treatment of semiconductor wafers are limited. In such chambers at the maximum possible temperature of 1200 ° C, the process can be carried out for no more than 30 seconds, otherwise the material of the vacuum chamber body degrades. However, in many cases it is necessary to heat treat semiconductor wafers at higher temperatures (up to 1350 ° C) for a significantly longer time (up to 1 hour). In addition, in the prototype device there are no means for quick cooling of the processed plate, which reduces the productivity of the installation.

Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности повышения максимальной температуры и продолжительности проведения термической обработки полупроводниковых пластин в условиях газовой среды или вакуума, а также повышение производительности установки.The objective of this utility model is to provide the possibility of increasing the maximum temperature and the duration of the heat treatment of semiconductor wafers in a gas environment or vacuum, as well as increasing the productivity of the installation.

Согласно полезной модели в реакторе для термической обработки полупроводниковых пластин в газовой среде или вакууме, содержащем вакуумную камеру, источник инфракрасного излучения и средство поддержки полупроводниковой пластины в вакуумной камере, корпус вакуумной камеры выполнен с двойными стенками из металла, пространство между стенками корпуса вакуумной камеры сообщено с источником подачи охлаждающей среды и магистралью ее отвода, в верхней части корпуса вакуумной камеры выполнено окно, которое закрыто пластиной из кварцевого стекла, герметично уплотненной относительно корпуса вакуумной камеры, источник инфракрасного излучения размещен над кварцевой пластиной, при этом в корпусе вакуумной камеры с нижней стороны полупроводниковой пластины установлен отражатель инфракрасного излучения, снабженный системой охлаждения.According to a utility model in a reactor for heat treatment of semiconductor wafers in a gas medium or vacuum containing a vacuum chamber, an infrared radiation source and means for supporting a semiconductor wafer in a vacuum chamber, the body of the vacuum chamber is made of double walls of metal, the space between the walls of the body of the vacuum chamber is communicated with a coolant supply source and a discharge line, a window is made in the upper part of the housing of the vacuum chamber, which is closed by a plate of quartz steel stem hermetically sealed relative to the vacuum chamber housing, a source of infrared radiation is placed above the quartz plate, and the vacuum chamber housing the lower side of the semiconductor wafer is mounted infrared reflector provided with a cooling system.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «Новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that the utility model meets the criterion of "Novelty."

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - продольный разрез устройства;figure 1 is a longitudinal section of a device;

на фиг.2 - вид сверху;figure 2 is a top view;

на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1.figure 3 is a section aa in figure 1.

Реактор для термической обработки полупроводниковых пластин 1 содержит вакуумную камеру, включающую корпус 2, выполненный с двойными стенками из металла, в конкретном примере, из нержавеющей стали. Внутренняя поверхность корпуса 2 отполирована и имеет зеркальную поверхность. Пространство 3 между стенками корпуса 2 вакуумной камеры сообщено через штуцер 4 с источником подачи охлаждающей жидкости (не показан), в частности воды, и через штуцер 5 - со сливной магистралью (не показана). В верхней части корпуса 2 вакуумной камеры выполнено окно 6, которое закрыто пластиной 7 из кварцевого стекла толщиной 10 мм, герметично уплотненной относительно корпуса 2 с помощью кольцевого уплотнения 8. Источник инфракрасного излучения размещен над кварцевой пластиной и содержит совокупность галогенных ламп 9 накаливания с вольфрамовой спиралью типа PHILIPS PLUS LINE PRO - 1500W. Полупроводниковая пластина 1 при осуществлении процесса термической обработки расположена на средстве поддержки, содержащем три держателя 10, выполненных из кварцевого стекла и приводимых в движение механизмом 11. В корпусе 2 вакуумной камеры с нижней стороны полупроводниковой пластины 1 установлен отражатель 12 инфракрасного излучения. Отражатель 12 представляет собой полый диск, через который по проточной системе 13 охлаждения проходит охлаждающая среда, в данном примере, вода. Обращенная к полупроводниковой пластине 1 поверхность отражателя 12 выполнена зеркальной. К отражателю 12 снизу герметично пристыкован дополнительный корпус 14 с проточной системой 15 охлаждения, в котором установлен механизм 11 и вводы 16 измерительных приборов (оптических пирометров, на чертеже не показаны). Корпус 2 вакуумной камеры имеет загрузочно-разгрузочное отверстие 17, перекрываемое дверцей 18 с проточной системой 19 водяного охлаждения. Дверца 18 приводится в движение пневмоцилиндрами 20. Откачка воздуха из корпуса 2 вакуумной камеры производится через штуцер 21. В случае проведения процесса в газовой среде после откачки воздуха газ подается в полость корпуса 2 через штуцер 22, установленный в съемной заглушке 23, снабженной проточной системой 24 водяного охлаждения.The reactor for heat treatment of semiconductor wafers 1 contains a vacuum chamber, including a housing 2 made with double walls of metal, in a specific example, stainless steel. The inner surface of the housing 2 is polished and has a mirror surface. The space 3 between the walls of the housing 2 of the vacuum chamber is communicated through the nozzle 4 with a coolant supply source (not shown), in particular water, and through the nozzle 5 with a drain line (not shown). A window 6 is made in the upper part of the housing 2 of the vacuum chamber, which is closed by a 10 mm thick quartz glass plate 7, hermetically sealed against the housing 2 by means of an O-ring 8. The infrared radiation source is located above the quartz plate and contains a set of halogen incandescent lamps 9 with a tungsten spiral type PHILIPS PLUS LINE PRO - 1500W. The semiconductor wafer 1 during the heat treatment process is located on the support means containing three holders 10 made of quartz glass and driven by the mechanism 11. In the casing 2 of the vacuum chamber, an infrared reflector 12 is mounted on the bottom side of the semiconductor wafer 1. The reflector 12 is a hollow disk through which a cooling medium, in this example, water, passes through a flow cooling system 13. The surface of the reflector 12 facing the semiconductor wafer 1 is mirrored. An additional housing 14 with a flow-through cooling system 15 is hermetically docked to the reflector 12 from below, in which the mechanism 11 and the inputs 16 of the measuring instruments (optical pyrometers, not shown) are installed. The housing 2 of the vacuum chamber has a loading and unloading hole 17, blocked by a door 18 with a flow-through system 19 of water cooling. The door 18 is driven by pneumatic cylinders 20. The air is evacuated from the body 2 of the vacuum chamber through the nozzle 21. In the case of a process in a gaseous environment after the air is evacuated, gas is supplied to the cavity of the body 2 through the nozzle 22 installed in a removable plug 23 equipped with a flow system 24 water cooling.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Полупроводниковую пластину 1 загружают в корпус 2 вакуумной камеры через загрузочно-разгрузочное отверстие 17 и устанавливают на держатели 10, после чего отверстие 17 герметично закрывают при помощи дверцы 18, приводимой в движение пневмоцилиндрами 20. Затем из корпуса 2 вакуумной камеры через штуцер 21 откачивают воздух до создания вакуума, в данном примере 5Па, и включают галогенные лампы 9 накаливания. Начинается процесс термической обработки полупроводниковой пластины 1, при этом инфракрасное излучение поступает к пластине 1 как непосредственно от ламп 9, так и с другой стороны от отражателя 12. В пространство 3 между стенками корпуса 2 в процессе термической обработки подают через штуцер 4 охлаждающую жидкость - воду; в полость отражателя 12 подают воду с помощью проточной системы 13 охлаждения отражателя 12; дополнительный корпус 14 охлаждают с помощью проточной системы 15 охлаждения; дверцу 18 охлаждают посредством системы 19 водяного охлаждения, а съемную заглушку 23 - с помощью проточной системы 24 водяного охлаждения.The semiconductor wafer 1 is loaded into the housing 2 of the vacuum chamber through the loading and unloading hole 17 and mounted on the holders 10, after which the hole 17 is hermetically closed with the help of the door 18, driven by pneumatic cylinders 20. Then, air is pumped out of the housing 2 of the vacuum chamber through the fitting 21 to creating a vacuum, in this example 5Pa, and include halogen incandescent lamps 9. The process of heat treatment of the semiconductor wafer 1 begins, with infrared radiation coming to the wafer 1 both directly from the lamps 9 and on the other side from the reflector 12. Coolant - water is supplied through the nozzle 4 into the space 3 between the walls of the housing 2 during the heat treatment ; water is supplied into the cavity of the reflector 12 by means of a flow-through system 13 for cooling the reflector 12; the additional housing 14 is cooled using a flow cooling system 15; the door 18 is cooled by means of a water cooling system 19, and the removable plug 23 is cooled by a flow-through water cooling system 24.

В процессе термической обработки положение полупроводниковой пластины 1 относительно окна 6 с пластиной 7 из кварцевого стекла регулируют с помощью механизма 11. После окончания процесса лампы 9 выключают, пластину 1 с помощью механизма 11 опускают на охлаждаемый отражатель 12 для ее быстрого охлаждения. После охлаждения пластины 1 дверцу 18 открывают и извлекают пластину 1 через отверстие 17.During the heat treatment, the position of the semiconductor wafer 1 relative to the window 6 with the quartz glass wafer 7 is controlled using the mechanism 11. After the end of the process, the lamps 9 are turned off, the wafer 1 is lowered by the mechanism 11 to the cooled reflector 12 for quick cooling. After cooling the plate 1, the door 18 is opened and the plate 1 is removed through the hole 17.

При осуществлении процесса в газовой среде после откачки воздуха из корпуса 2 в него через штуцер 22 подают газ, в данном примере азот, и проводят термическую обработку так же, как в вакууме.When the process is carried out in a gaseous medium after pumping air from the housing 2, gas is supplied into it through the nozzle 22, in this example nitrogen, and heat treatment is carried out in the same way as in vacuum.

Благодаря выполнению корпуса вакуумной камеры с двойными стенками и подаче охлаждающей среды в пространство между ними, а также к другим элементам вакуумной камеры, обеспечивается возможность повышения максимальной температуры (до 1350°С) и продолжительности (до 1 часа) проведения процесса. Благодаря тому, что нагрев пластины снизу осуществляется отражателем (а не лампами накаливания), охлаждаемым с помощью воды и служащим средством для быстрого охлаждения устанавливаемой на нем после завершения процесса пластины, значительно, в несколько раз, сокращается время охлаждения обработанной пластины перед ее извлечением из вакуумной камеры. Это позволяет существенно повысить производительность установки за счет уменьшения общего времени обработки пластины.Thanks to the implementation of the housing of the vacuum chamber with double walls and the supply of cooling medium to the space between them, as well as to other elements of the vacuum chamber, it is possible to increase the maximum temperature (up to 1350 ° C) and the duration (up to 1 hour) of the process. Due to the fact that the heating of the plate from below is carried out by a reflector (rather than incandescent lamps), cooled with water and serving as a means of quickly cooling the plate installed on it after completion of the process, the cooling time of the treated plate is significantly reduced several times before it is removed from the vacuum cameras. This allows you to significantly increase the performance of the installation by reducing the total processing time of the plate.

Claims

A reactor for heat treatment of semiconductor wafers in a gas medium or vacuum, comprising a vacuum chamber, an infrared radiation source and means for supporting a semiconductor wafer in a vacuum chamber, characterized in that the housing of the vacuum chamber is made of double walls of metal, the space between the walls of the body of the vacuum chamber is communicated with a cooling medium supply source and a discharge line, a window is made in the upper part of the vacuum chamber body, which is covered by a quartz glass plate, g rmetichno compacted body with respect to the vacuum chamber, a source of infrared radiation is placed above the quartz plate, and the vacuum chamber housing the lower side of the semiconductor wafer is mounted infrared reflector provided with a cooling system.