RU2761867C1 - Устройство для термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных плёнок - Google Patents
Устройство для термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных плёнок Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761867C1 RU2761867C1 RU2021119358A RU2021119358A RU2761867C1 RU 2761867 C1 RU2761867 C1 RU 2761867C1 RU 2021119358 A RU2021119358 A RU 2021119358A RU 2021119358 A RU2021119358 A RU 2021119358A RU 2761867 C1 RU2761867 C1 RU 2761867C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heater
- substrate holder
- height
- heat treatment
- outer diameter
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/02—Details
- H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных пленок. Устройство содержит корпус с размещенной внутри него теплоизоляцией, подложкодержатель и нагреватель, нагреватель содержит два дистанционно расположенных кварцевых кольца, вокруг которых расположены по окружности плотно прилегающие друг к другу цилиндрические трубки, через которые протянута проволока из жаропрочных материалов, выполняющая функцию нагревательной спирали. Кварцевые кольца, расположенные на концах нагревателя, имеют высоту 0,1-0,15Н, внутренний диаметр 1,2-1,3D и внешний диаметр 1,4-1,5D, высота нагревателя hH составляет 1,1-1,2Н, внутренний диаметр 1,4-1,5D и внешний диаметр 1,6-1,7D, где Н - высота подложкодержателя, а D - внешний диаметр подложкодержателя. Изобретение обеспечивает создание равномерного температурного поля в области расположения обрабатываемого материала и удобство сборки и обслуживания нагревателя. 3 ил.
Description
Изобретение относится к технологии термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных пленок.
Известны устройства для осуществления отжига аморфных слоев, окислительных и диффузионных процессов (1, 2).
Недостатком этих устройств является расположение проволоки нагревательного элемента в канавке, образованной внутри изоляционного материала и имеющего форму проволочного элемента. В такой конструкции существует риск того, что проволока элемента частично выползет из канавки в результате теплового расширения.
Также известны устройства с несколькими зонами нагрева (3, 4, 5, 6). Однако их недостатком является локальное снижение температуры в области соприкосновения нагревателей. В этой области теплового узла возникает градиент температуры в подложке, что может привести к изменению коэффициента диффузии.
Наиболее близким по конструктивным особенностям к предлагаемому изобретению, имеющее максимальное число совпадающих с ним существенных признаков, является устройство, защищенное патентом Южной Кореи (7).
Это устройство для термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных пленок содержит корпус с размещенной внутри него теплоизоляцией, подложкодержатель и нагреватель. Последний состоит из множества керамических элементов, через которые протягивается металлическая проволока. Каждый керамический элемент с одной стороны имеет выступ, а с другой - выемку, посредством чего осуществляется сборка в единый цилиндрический тепловой узел. С внутренней стороны, обращенной к нагреваемому объекту, в керамических элементах имеются отверстия для лучшей передачи тепла от проволочного нагревателя.
Недостатками этого устройства являются сложность конструкции единичного керамического элемента и связанная с этим трудоемкость сборки и обслуживания нагревателя. Наличие отверстий на внутренней стороне нагревателей приводит к критичной для процессов термической обработки полупроводников и аморфных пленок неоднородности теплового поля, что влияет на качество получаемых и обрабатываемых материалов.
Задачей изобретения является обеспечение равномерного температурного поля в области расположения обрабатываемого материала и удобство сборки и обслуживания нагревателя.
Техническим результатом является получение подложек и пленок высокого качества.
Это достигается благодаря тому, что в устройстве для термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных пленок, содержащем корпус с размещенной внутри него теплоизоляцией, подложкодержатель и нагреватель, нагреватель содержит два дистанционно расположенных кварцевых кольца, вокруг которых расположены по окружности, плотно прилегающие друг к другу цилиндрические трубки, через которые протянута проволока из жаропрочных материалов, выполняющая функцию нагревательной спирали. Кварцевые кольца расположенные на концах нагревателя имеют высоту 0,1-0,15Н, внутренний диаметр 1,2-1,3D и внешний диаметр 1,4-1,5D, высота нагревателя hH составляет 1,1-1,2Н, внутренний диаметр 1,4-1,5D и внешний диаметр 1,6-1,7D,
где Н-высота подложкодержателя, а D-внешний диаметр подложкодержателя.
Сущность изобретения поясняется схемами на фигурах.
Фиг. 1 Общий вид устройства в разрезе.
Фиг. 2 Общий вид нагревателя в аксонометрии.
Фиг. 3 Общий вид подложкодержателя в аксонометрии.
Устройство содержит внешний корпус 1 со слоем внутренней изоляции 2 и внутренним корпусом 3 и нагреватель 4 (фиг. 2), образованный плотно соприкасающимися трубками, которые собраны вокруг двух формазадающих кварцевых колец 5. Через трубки протянута проволока из жаропрочных материалов, выполняющая функцию нагревательной спирали.
Кварцевые кольца 5 устанавливают внутрь нагревателя 4 таким образом, чтобы один торец каждого кольца совпадал по уровню с торцом керамических трубочек нагревателя 4, благодаря чему обеспечивается практически цилиндрическая форма нагревателя. Внутри нагревателя размещен подложкодержатель 6 (фиг. 3). Термопара 7 применяется для контроля за температурой внутри нагревателя.
Материал колец 5 выбран, исходя из низкой диэлектрической проницаемости и высокой термической и химической устойчивости кварцевого стекла. Высота hК кварцевых колец 5 меньше высоты Н подложкодержателя 6 в 0,1-0,15 раза. Уменьшение высоты менее чем в 0,1 раза приведет к низкой прочности формообразующего кольца. Увеличение высоты более чем в 0,15 раза приведет к увеличению затрат электроэнергии в процессе термической обработки в связи с тем, что кварц будет служить дополнительным теплоизоляционным слоем, термическое сопротивление которого необходимо будет компенсировать.
Внутренний диаметр dКв колец 5 больше внешнего диаметра D подложкодержателя 6 в 1,2-1,3 раза, а внешний dКн больше диаметра подложкодержателя 6 в 1,4-1,5 раза. При внутреннем и внешнем диаметрах колец менее 1,2 и 1,4, соответственно, возникает сложность в установке подложкодержателя с образцами. Увеличение внутреннего и внешнего диаметров колец более 1,3 и 1,5 раза, соответственно, требует повышения мощности нагревателей за счет увеличения расстояния между нагревателем и подложкодержателем, что значительно повышает расход электроэнергии и требует дополнительной теплоизоляции внешней поверхности нагревателей.
Высота hн нагревателя 4 больше высоты Н подложкодержателя 6 в 1,1-1,2 раза. Уменьшение высоты менее чем в 1,1 раза из-за конструктивных особенностей резистивного нагревателя не позволит создать равномерное температурное поле в поперечном сечении теплового узла. Увеличение высоты нагревателя более чем в 1,2 раза приведет к увеличению затрат на изготовление нагревателя за счет расхода материалов и затрат электроэнергии в процессе термической обработки.
Внутренний диаметр dHв нагревателя 4 больше внешнего диаметра D подложкодержателя 6 в 1,4-1,5 раза, а внешний dHн больше диаметра подложкодержателя 6 в 1,6-1,7 раза.
Уменьшение внутреннего диаметра менее 1,4 раза ограничивается диаметрами формообразующих колец 5 в связи с конструктивными особенностями за счет отклонения величины диаметра. Превышение внутреннего диаметра нагревателя более чем в 1,5 раза приведет к увеличению требуемой мощности нагревателей за счет увеличения расстояния между нагревателем и подложкодержателем, что значительно повысит расход электроэнергии. Уменьшение внешнего диаметра нагревателя менее 1,6 раза из-за конструктивных особенностей резистивного нагревателя не позволит создать равномерное температурное поле в поперечном сечении нагревателей. Превышение внешнего диаметра нагревателя 4 более чем в 1,7 раза приведет к увеличению расхода материалов, электроэнергии и сложности регулирования температуры.
Внутренний корпус 3 обеспечивает фиксацию нагревателя с подложкодержателем и обрабатываемым материалом внутри теплоизоляционного слоя.
Устройство функционирует следующим образом.
В подложкодержатель 6 загружают пластины обрабатываемого материала. Подложкодержатель 6 с обрабатываемым материалом устанавливают внутри теплового узла соосно с нагревателем. После фиксации подложкодержателя тепловой узел помещается в рабочую камеру ростовой установки для выращивания слоев или в установку вакуумного напыления для отжига тонкопленочных структур при высоком вакууме. После создания в рабочей камере необходимой атмосферы и давления к нагревателю 4 подают напряжение. Подводимое напряжение увеличивают постепенно, чтобы обеспечить медленный рост температуры загруженного материала. Увеличение температуры должно происходить со скоростью 3-10°С/мин для медленного нагрева, предотвращающего увеличение внутренних напряжений в обрабатываемом материале. После достижения заданной температуры нагревателя производится выдержка. После выдержки обеспечивают плавное снижение температуры нагревателя для предотвращения образования внутренних напряжений в обработанном материале.
Пример осуществления изобретения
Для высокотемпературного мягкого отжига аморфных тонкопленочных структур типа сульфида самария (SmS) в условиях высокого вакуума с целью структурных преобразований или релаксации механических напряжений подложки диаметром 25 мм с напыленными пленками помещали в рабочую камеру напылительного оборудования типа ВУП-5. Затем рабочую камеру откачивали до вакуума (2-5)⋅10-3 Па и подавали регулируемое напряжение на нагреватель. Отжиги проводили в интервале температур (600-1000)°С. Контроль температуры осуществляли термопарой типа ТТП, встроенной в нагреватель. После выдержки в течение заданного времени температуру снижали со скоростью охлаждения не более 3°С/мин. В результате высокотемпературного отжига в высоком вакууме были получены монокристаллические пленки SmS хорошего структурного качества.
Проведенные эксперименты по высокотемпературному мягкому отжигу тонкопленочных структур типа SmS в предлагаемом устройстве подтверждают возможность его использования как в исследовательских целях, так и в промышленности.
Источники информации:
1. US 20100059499, "Heater element as well as an insert for electrical furnaces", МПК F27B 14/00, H05B 3/10, опубл. 2010-03-11.
2. US 6008477 «Heat treatment apparatus » МПК H01L 21/00, опубл. 1999-12-28.
3. US 7003014 B2, «Electric heater for thermal treatment furnace», МПК F27D 11/02, опубл. 2005-03-31.
4. US 7027722 «Electric heater for a semiconductor processing apparatus)) МПК H01L 21/00, опубл. 2005-04-21.
5. US 10364494 «Substrate processing apparatus)) МПК C23C 16/455, опубл. 2019-07-30.
6. US 6737613, «Heat treatment apparatus and method for processing substrates)) МПК F27B 5/14 опубл. 2004-05-18.
7. KR 200481285 Y1, «Modular heater for cylinder)) МПК H05B 3/06, опубл. 2016-09-07.
Claims (1)
- Устройство для термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных пленок, содержащее корпус с размещенной внутри него теплоизоляцией, подложкодержатель и нагреватель, отличающееся тем, что нагреватель содержит два дистанционно расположенных кварцевых кольца, вокруг которых расположены по окружности плотно прилегающие друг к другу цилиндрические трубки, через которые протянута проволока из жаропрочных материалов, выполняющая функцию нагревательной спирали, причем кварцевые кольца, расположенные на концах нагревателя, имеют высоту 0,1-0,15Н, внутренний диаметр 1,2-1,3D и внешний диаметр 1,4-1,5D, высота нагревателя hH составляет 1,1-1,2Н, внутренний диаметр 1,4-1,5D и внешний диаметр 1,6-1,7D, где Н - высота подложкодержателя, а D - внешний диаметр подложкодержателя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021119358A RU2761867C1 (ru) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | Устройство для термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных плёнок |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021119358A RU2761867C1 (ru) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | Устройство для термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных плёнок |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2761867C1 true RU2761867C1 (ru) | 2021-12-13 |
Family
ID=79175200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021119358A RU2761867C1 (ru) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | Устройство для термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных плёнок |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2761867C1 (ru) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6008477A (en) * | 1997-02-18 | 1999-12-28 | Tokyo Electron Limited | Heat treatment apparatus |
US6737613B2 (en) * | 2002-03-26 | 2004-05-18 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Heat treatment apparatus and method for processing substrates |
US7003014B2 (en) * | 2002-03-19 | 2006-02-21 | Koyo Thermo Systems Co., Ltd | Electric heater for thermal treatment furnace |
US7027722B2 (en) * | 2002-11-25 | 2006-04-11 | Koyo Thermo Systems Co., Ltd. | Electric heater for a semiconductor processing apparatus |
US20100059499A1 (en) * | 2007-03-05 | 2010-03-11 | Thomas Lewin | Heater element as well as an insert for electrical furnaces |
KR200481285Y1 (ko) * | 2016-03-10 | 2016-09-07 | 하수영 | 실린더 가열용 조립식 세라믹 히터 |
US10364494B2 (en) * | 2015-12-28 | 2019-07-30 | Eugene Technology Co., Ltd. | Substrate processing apparatus |
RU199483U1 (ru) * | 2020-05-29 | 2020-09-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Кольцевой нагреватель для нагрева цилиндрических деталей оборудования |
-
2021
- 2021-07-01 RU RU2021119358A patent/RU2761867C1/ru active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6008477A (en) * | 1997-02-18 | 1999-12-28 | Tokyo Electron Limited | Heat treatment apparatus |
US7003014B2 (en) * | 2002-03-19 | 2006-02-21 | Koyo Thermo Systems Co., Ltd | Electric heater for thermal treatment furnace |
US6737613B2 (en) * | 2002-03-26 | 2004-05-18 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | Heat treatment apparatus and method for processing substrates |
US7027722B2 (en) * | 2002-11-25 | 2006-04-11 | Koyo Thermo Systems Co., Ltd. | Electric heater for a semiconductor processing apparatus |
US20100059499A1 (en) * | 2007-03-05 | 2010-03-11 | Thomas Lewin | Heater element as well as an insert for electrical furnaces |
US10364494B2 (en) * | 2015-12-28 | 2019-07-30 | Eugene Technology Co., Ltd. | Substrate processing apparatus |
KR200481285Y1 (ko) * | 2016-03-10 | 2016-09-07 | 하수영 | 실린더 가열용 조립식 세라믹 히터 |
RU199483U1 (ru) * | 2020-05-29 | 2020-09-03 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Кольцевой нагреватель для нагрева цилиндрических деталей оборудования |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100694351B1 (ko) | 기판의 에피택셜 프로세싱 장치 및 방법 | |
JP4786177B2 (ja) | サセプタを含む処理チャンバ内で半導体基板を加熱するプロセスおよびシステム | |
JP2003531489A5 (ru) | ||
EP3301204A1 (en) | A chemical vapour deposition apparatus and use thereof | |
JP2003531489A (ja) | ウェハーを熱処理する方法および装置 | |
KR100457348B1 (ko) | 단일 웨이퍼 어닐링 오븐 | |
KR100217542B1 (ko) | 열 처리 방법 | |
KR19980071421A (ko) | 열처리장치 | |
RU2761867C1 (ru) | Устройство для термической обработки металлических, полупроводниковых подложек и аморфных плёнок | |
JP2004514287A (ja) | 熱処理システムを抵抗により加熱する装置および方法 | |
CN201670873U (zh) | 一种用于mocvd的基片加热炉 | |
US4891335A (en) | Semiconductor substrate heater and reactor process and apparatus | |
JP4336283B2 (ja) | 誘導加熱装置 | |
WO2020128653A1 (en) | Reaction chamber for an epitaxial reactor of semiconductor material with non-uniform longitudinal section and reactor | |
US20160068958A1 (en) | Lamp Heater For Atomic Layer Deposition | |
JP3307924B2 (ja) | 熱処理装置 | |
JP5021347B2 (ja) | 熱処理装置 | |
JP4393009B2 (ja) | 縦型熱処理装置 | |
TW515117B (en) | Method of manufacturing semiconductor wafer | |
WO2011110369A1 (en) | Apparatus for thermally treating semiconductor substrates | |
JPS63232422A (ja) | 半導体ウエハの熱処理装置 | |
TWI737984B (zh) | 用於hdp cvd的帶有嵌入式加熱元件和嵌入式rf線圈的進階陶瓷蓋及感應耦合電漿處理腔室 | |
CN101899650A (zh) | 一种用于mocvd的基片加热炉 | |
KR20210140982A (ko) | 플레이트 타입 가열장치 | |
WO2018187281A1 (en) | Heat treating furnace |