熱處理裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理裝置，公開(kāi)了一熱處理裝置，包括加熱層及夾層，夾層環(huán)繞待加熱樣品以形成加熱腔，加熱層設(shè)置在加熱腔內(nèi)，用于加熱待加熱樣品，夾層內(nèi)部中空，以允許外界氣體進(jìn)入所述夾層。本發(fā)明通過(guò)在熱處理裝置中設(shè)置一內(nèi)部中空的夾層，并控制夾層內(nèi)部氣體壓力，當(dāng)熱處理裝置升溫并至保溫階段，控制夾層內(nèi)部氣體壓力為負(fù)壓，減小熱傳遞及熱對(duì)流帶來(lái)的熱損失，使熱處理裝置內(nèi)部溫度快速到達(dá)工藝溫度，到達(dá)工藝溫度進(jìn)行保溫時(shí)，能降低維持工藝溫度的能耗；當(dāng)熱處理裝置降溫時(shí)，控制夾層內(nèi)部壓力為非負(fù)壓狀態(tài)，并使氣體處于流動(dòng)狀態(tài)帶走熱量，達(dá)到熱處理裝置快速升降溫的效果，實(shí)現(xiàn)降低熱處理裝置升溫/保溫能耗的目的。
【專利說(shuō)明】熱處理裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種快速升降溫的熱處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造及生產(chǎn)技術(shù)中，對(duì)作為被處理基底的半導(dǎo)體晶圓實(shí)施成膜處理、氧化擴(kuò)散處理、改性處理、退火處理等各種熱處理。在這些熱處理過(guò)程中，特別是用于除去成膜后應(yīng)變的退火處理和離子注入后的退火處理過(guò)程中，從提高處理能力和將擴(kuò)散抑制為最小限的角度看，熱處理過(guò)程的技術(shù)需求趨向于高速地升溫降溫。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，在半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，熱處理裝置主要由加熱絲、保溫層、金屬外壁等部件構(gòu)成，加熱絲處于熱處理裝置的最內(nèi)層，保溫層包覆在加熱絲外側(cè)，最外側(cè)用金屬外壁包裹。普通熱處理裝置，保溫層由一定厚度的單一材質(zhì)組成，升溫速率和降溫速率較為緩慢，延長(zhǎng)了工藝時(shí)間，影響產(chǎn)率；具有快速升降溫功能的熱處理裝置，通常在普通熱處理裝置基礎(chǔ)上，通過(guò)在保溫層上開(kāi)孔送風(fēng)的方式實(shí)現(xiàn)快速升降溫功能。
[0004]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中熱處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0005]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，熱處理裝置100包括加熱層102及保溫層101，所述保溫層101環(huán)繞待加熱樣品(附圖中未標(biāo)示)形成一加熱腔，所述加熱層102設(shè)置在保溫層101內(nèi)部，在所述保溫層101側(cè)壁開(kāi)有通孔103，在熱處理裝置100需要降溫時(shí)，冷風(fēng)可通過(guò)所述通孔103進(jìn)入加熱腔，從而實(shí)現(xiàn)熱處理裝置100的降溫。
[0006]中國(guó)專利CN102414800A公開(kāi)了一種熱處理裝置，其具有在內(nèi)部流通冷卻水等冷卻介質(zhì)的冷卻介質(zhì)流路的環(huán)狀的空間，通過(guò)通入冷卻介質(zhì)，例如，冷卻水來(lái)實(shí)現(xiàn)熱處理裝置的快速降溫。
[0007]上述現(xiàn)有 要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種熱處理裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)快速升降溫，并具有較低的能耗。
[0009]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種熱處理裝置，包括加熱層及夾層，所述夾層為非金屬材料，其內(nèi)部表面光滑且內(nèi)部中空,并環(huán)繞待加熱樣品形成加熱腔；所述加熱層位于所述夾層內(nèi)側(cè)，設(shè)置在所述加熱腔內(nèi)。
[0010]作為可選擇的技術(shù)方案，所述加熱層與所述夾層間設(shè)置有第一保溫層；所述夾層外側(cè)設(shè)置有第二保溫層；所述夾層外側(cè)表面覆蓋有反射涂層，均用于防止所述加熱腔的熱量散失。進(jìn)一步地，所述第一保溫層、第二保溫層均為保溫棉。 [0011]作為可選擇的技術(shù)方案，所述夾層包括2個(gè)或2個(gè)以上次級(jí)夾層，所述次級(jí)夾層拼接形成環(huán)繞待加熱樣品的加熱腔。進(jìn)一步地，加熱層引線設(shè)置于相鄰的所述次級(jí)夾層之間，相鄰兩次級(jí)夾層之間具有空隙，所述空隙允許加熱層的引線及熱電偶通過(guò)。進(jìn)一步地，所述次級(jí)夾層中設(shè)置有支撐墊，所述支撐墊設(shè)置于所述次級(jí)夾層內(nèi)部中空位置。
[0012]作為可選擇的技術(shù)方案，所述次級(jí)夾層具有進(jìn)口及出口，用于氣體通入及抽出。進(jìn)一步地，所述次級(jí)夾層為石英制成的無(wú)縫結(jié)構(gòu)；進(jìn)一步地，所述進(jìn)口設(shè)置在次級(jí)夾層頂部，所述出口設(shè)置在次級(jí)夾層底部；進(jìn)一步地，所述進(jìn)口及出口相對(duì)設(shè)置于所述次級(jí)夾層的對(duì)角線兩端點(diǎn)處。
[0013]作為可選擇的技術(shù)方案，所述出口與真空發(fā)生器連接；所述進(jìn)口及出口處設(shè)置有風(fēng)機(jī)，以在所述夾層內(nèi)形成調(diào)整氣流。
[0014]作為可選擇的技術(shù)方案，該熱處理裝置還包括端部保溫塊、固定環(huán)以及外殼，所述端部保溫塊、固定環(huán)均設(shè)置于所述熱處理裝置的頂部和底部，所述外殼環(huán)繞所述第二保溫層，并與所述固定環(huán)連接。進(jìn)一步地，所述固定環(huán)和外殼均為金屬。
[0015]作為可選擇的技術(shù)方案，該熱處理裝置還包括頂部保溫蓋，所述頂部保溫蓋設(shè)置于所述熱處理裝置的頂部。
[0016]本發(fā)明提供的熱處理裝置，通過(guò)在熱處理裝置中設(shè)置一內(nèi)部中空的夾層，并控制夾層內(nèi)部的氣體壓力(即氣體濃度)實(shí)現(xiàn)并控制升降溫及保溫處理。當(dāng)熱處理裝置升溫并至保溫階段，控制夾層內(nèi)部氣體壓力為負(fù)壓，減小熱傳遞及熱對(duì)流帶來(lái)的熱損失，使熱處理裝置內(nèi)部溫度快速到達(dá)工藝溫度，到達(dá)工藝溫度進(jìn)行保溫時(shí)，能降低維持工藝溫度的能耗；當(dāng)熱處理裝置降溫時(shí)，控制夾層內(nèi)部壓力為非負(fù)壓狀態(tài)，并使氣體處于流動(dòng)狀態(tài)帶走熱量，達(dá)到熱處理裝置快速升降溫的效果，從而實(shí)現(xiàn)降低熱處理裝置升溫/保溫能耗的目的。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中熱處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明提供的熱處理裝置結(jié)構(gòu)爆炸示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明提供的熱處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明提供的熱處理裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為本發(fā)明提供的熱處理裝置次級(jí)夾層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本發(fā)明提供的熱處理裝置次級(jí)夾層剖視圖；
[0023]圖7為本發(fā)明提供的熱處理裝置俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0025]本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0026]圖2~圖4分別為本發(fā)明提供的熱處理裝置結(jié)構(gòu)爆炸示意圖、熱處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖和熱處理裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]如圖2所示，本【具體實(shí)施方式】提供的熱處理裝置200包括加熱層1、夾層4、第一保溫層2、第二保溫層3、端部保溫塊8、固定環(huán)9、頂部保溫蓋13以及外殼10。[0028]如圖2~圖4所示，本【具體實(shí)施方式】中，所述夾層4環(huán)繞待加熱樣品(附圖中未標(biāo)示)形成一加熱腔(附圖中未標(biāo)示)。所述加熱層I設(shè)置在所述加熱腔中，位于所述夾層4內(nèi)偵U。在本【具體實(shí)施方式】中，所述加熱層I為加熱絲，所述加熱層I環(huán)繞所述待加熱樣品，以全方位加熱所述待加熱樣品。所述夾層4為非金屬材料，夾層4結(jié)構(gòu)內(nèi)部表面光滑，且內(nèi)部中空，允許外界氣體進(jìn)入所述夾層4，以控制夾層4內(nèi)部的氣體壓力(即氣體濃度)。
[0029]圖5、圖6分別為本發(fā)明提供的熱處理裝置次級(jí)夾層結(jié)構(gòu)示意圖和次級(jí)夾層剖視圖。
[0030]如圖5、圖6所示，所述夾層4包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的次級(jí)夾層12，該次級(jí)夾層12結(jié)構(gòu)特征與夾層4 一致，均內(nèi)部中空，允許氣流通過(guò)。換言之，所述次級(jí)夾層12為弧狀結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)次級(jí)夾層12拼接組成夾層4，進(jìn)而形成環(huán)繞帶加熱樣品的加熱腔。加熱層I的引線即設(shè)置于相鄰的兩次級(jí)夾層12之間，因此，相鄰兩次級(jí)夾層12之間具有空隙，該空隙允許加熱層I的引線(附圖中未標(biāo)示)及熱電偶(附圖中未標(biāo)示)通過(guò)。
[0031]作為優(yōu)選實(shí)施方式，如圖2~圖6所示，所述夾層4包括2個(gè)次級(jí)夾層12，該次級(jí)夾層12均為約180°的圓弧狀結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)次級(jí)夾層12協(xié)同作用，拼接形成環(huán)形的夾層4環(huán)繞所述待加熱樣品，即使得所述夾層4形成環(huán)繞待加熱樣品的加熱腔。在拼接形成夾層4的兩個(gè)次級(jí)夾層12之間具有空隙，該空隙為相鄰兩次級(jí)夾層12之間的拼接縫隙，所述空隙允許加熱層I的引線及熱電偶通過(guò)。
[0032]作為可選實(shí)施例，所述夾層4的次級(jí)夾層12由石英制成，且為無(wú)縫結(jié)構(gòu)，在高溫及負(fù)壓下均具有一定的強(qiáng)度及剛度。
[0033]如圖6所示，本【具體實(shí)施方式】中，在所述夾層4中空的內(nèi)部還設(shè)置有支撐墊11，所述支撐墊11位于所述次級(jí)夾層12內(nèi)部中空的部分，用以加強(qiáng)在負(fù)壓狀態(tài)下夾層4/次級(jí)夾層12的強(qiáng)度，防止夾層4/次級(jí)夾層12側(cè)壁向夾層4/次級(jí)夾層12中空的內(nèi)部凹陷。優(yōu)選地，支撐墊11位于各次級(jí)夾層12靠近中間位置的內(nèi)部中空部分。
[0034]作為可選實(shí)施方式，在所述夾層4的外側(cè)，即靠近外殼10的一側(cè)，設(shè)置有反射涂層(圖中未標(biāo)示)，進(jìn)一步阻擋熱傳遞，降低熱量損失，以增強(qiáng)保溫效果。
[0035]作為優(yōu)選實(shí)施方式，如圖2~圖4所示，在所述加熱層I及夾層4之間還設(shè)置有第一保溫層2，所述第一保溫層2用于防止加熱腔中的熱量散失，并為加熱層I的安裝固定提供了便利條件。作為可選實(shí)施例，第一保溫層2的材料為保溫棉。
[0036]作為最佳實(shí)施方式，所述夾層4外側(cè)還設(shè)置有第二保溫層3，所述第二保溫層3用于防止所述加熱腔的熱量散失，同時(shí)可便于外殼10的安裝。作為可選實(shí)施例，所述第二保溫層3的材料為保溫棉。
[0037]本【具體實(shí)施方式】中，當(dāng)熱處理裝置200升溫并至保溫階段時(shí)，控制夾層4內(nèi)部氣體壓力為負(fù)壓，即使夾層4內(nèi)部具有較低的氣體濃度，從而減小熱傳遞及熱對(duì)流帶來(lái)的熱損失，使熱處理裝置200內(nèi)部溫度快速到達(dá)工藝溫度，到達(dá)工藝溫度進(jìn)行保溫時(shí)，能降低維持工藝溫度的能耗。
[0038]本【具體實(shí)施方式】中，當(dāng)熱處理裝置200降溫時(shí)，控制夾層4內(nèi)部壓力為非負(fù)壓狀態(tài)，即使夾層4內(nèi)部具有較高的氣體濃度，并使氣體處于流動(dòng)狀態(tài)帶走熱量，使熱處理裝置200內(nèi)部溫度快速降低并達(dá)到目標(biāo)溫度。
[0039]圖7為本發(fā)明提供的熱處理裝置結(jié)構(gòu)俯視圖。[0040]在本【具體實(shí)施方式】中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述快速升降溫效果，并降低熱處理裝置升溫/保溫能耗，需要控制夾層4內(nèi)的氣體壓力，即氣體濃度。因此，如圖5~圖7所示，作為優(yōu)選實(shí)施方式，夾層4設(shè)置有進(jìn)口 6及出口 7，用于氣體的通入和輸出。在本【具體實(shí)施方式】中，所述夾層4包括兩個(gè)次級(jí)夾層12，則每個(gè)次級(jí)夾層12都具有進(jìn)口 6及出口 7，且次級(jí)夾層12與進(jìn)口 6、出口 7之間并無(wú)拼接縫，為無(wú)縫的一體化結(jié)構(gòu)。所述進(jìn)口 6及出口 7允許氣體出入。
[0041]本【具體實(shí)施方式】中，進(jìn)口 6及出口 7相對(duì)設(shè)置在次級(jí)夾層12的兩端，以便于氣體流動(dòng)。作為優(yōu)選實(shí)施例，所述進(jìn)口 6設(shè)置在次級(jí)夾層12的頂端，所述出口 7設(shè)置在次級(jí)夾層12的底端。作為最佳實(shí)施例，進(jìn)口 6及出口 7相對(duì)設(shè)置在次級(jí)夾層12的對(duì)角線兩端點(diǎn)處，以增強(qiáng)次級(jí)夾層12內(nèi)的冷空氣與加熱腔中的熱氣體之間的對(duì)流效應(yīng)，從而取得更好的降溫效果。
[0042]作為可選實(shí)施方式，在所述進(jìn)口 6及出口 7處各設(shè)置一風(fēng)機(jī)(圖中未標(biāo)示)，以加速氣體流動(dòng)，更好的控制夾層4內(nèi)部氣體壓力。進(jìn)一步地，在所述出口 7處還設(shè)置有一真空發(fā)生器(附圖中未標(biāo)示)，用以將夾層4內(nèi)部的氣體抽出，以降低氣體壓力。作為可選實(shí)施例，所述真空發(fā)生器為真空泵。
[0043]本【具體實(shí)施方式】中，當(dāng)需要快速降溫時(shí)，恢復(fù)夾層4內(nèi)壓力為常壓，并利用風(fēng)機(jī)在夾層4內(nèi)部形成調(diào)整氣流，通過(guò)對(duì)流換熱實(shí)現(xiàn)快速降溫。在升溫及恒溫階段，關(guān)閉進(jìn)口 6，通過(guò)與出口 7相連的真空發(fā)生器將夾層4內(nèi)的壓力抽成負(fù)壓，即相對(duì)真空的狀態(tài)，真空的阻熱作用可降低熱處理裝置200的熱耗散，提高熱處理裝置200的升溫速度，同時(shí)在恒溫階段，也可以通過(guò)真空發(fā)生器及風(fēng)機(jī)的聯(lián)合作用來(lái)提高熱處理裝置200控溫的精度。
[0044]本【具體實(shí)施方式】中，熱處理裝置200還包括端部保溫塊8及固定環(huán)9，均設(shè)置在所述熱處理裝置200的頂部及底部。進(jìn)一步，在所述熱處理裝置200的頂部還設(shè)置有頂部保溫蓋13，用于防止熱處理裝置200頂部熱量散失。所述外殼10環(huán)繞所述第二保溫層3，所述外殼10與所述固定環(huán)9連接，以使所述熱處理裝置200成為一個(gè)整體。作為可選實(shí)施例，所述固定環(huán)9及外殼10均為金屬。
`[0045]本【具體實(shí)施方式】提供的熱處理裝置，通過(guò)在熱處理裝置中設(shè)置一內(nèi)部中空的夾層，并控制夾層內(nèi)部的氣體壓力(即氣體濃度)實(shí)現(xiàn)并控制升降溫及保溫處理。當(dāng)熱處理裝置升溫并至保溫階段，控制夾層內(nèi)部氣體壓力為負(fù)壓，減小熱傳遞及熱對(duì)流帶來(lái)的熱損失，使熱處理裝置內(nèi)部溫度快速到達(dá)工藝溫度，到達(dá)工藝溫度進(jìn)行保溫時(shí)，能降低維持工藝溫度的能耗；當(dāng)熱處理裝置降溫時(shí)，控制夾層內(nèi)部壓力為非負(fù)壓狀態(tài)，并使氣體處于流動(dòng)狀態(tài)帶走熱量，達(dá)到熱處理裝置快速升降溫的效果，從而實(shí)現(xiàn)降低熱處理裝置升溫/保溫能耗的目的。
[0046]上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種熱處理裝置，其特征在于，包括加熱層及夾層，所述夾層為非金屬材料，其內(nèi)部表面光滑且內(nèi)部中空，并環(huán)繞待加熱樣品形成加熱腔；所述加熱層位于所述夾層內(nèi)側(cè)，設(shè)置在所述加熱腔內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，所述加熱層與所述夾層之間設(shè)置有第一保溫層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱處理裝置，其特征在于，所述夾層外側(cè)設(shè)置有第二保溫層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，在所述夾層外側(cè)表面覆蓋有反射涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理裝置，其特征在于，所述夾層包括2個(gè)或2個(gè)以上次級(jí)夾層，所述次級(jí)夾層拼接形成環(huán)繞待加熱樣品的加熱腔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱處理裝置，其特征在于，加熱層引線設(shè)置于相鄰的所述次級(jí)夾層之間，相鄰兩次級(jí)夾層之間具有空隙，所述空隙允許加熱層的引線及熱電偶通過(guò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱處理裝置，其特征在于，所述次級(jí)夾層具有進(jìn)口及出口，用于氣體通入及抽出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱處理裝置，其特征在于，所述次級(jí)夾層為石英制成無(wú)縫結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱處理裝置，其特征在于，所述進(jìn)口設(shè)置于所述次級(jí)夾層頂部，所述出口設(shè)置于所述次級(jí)夾層底部。`
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱處理裝置，其特征在于，所述進(jìn)口及出口相對(duì)設(shè)置于所述次級(jí)夾層的對(duì)角線兩端點(diǎn)處。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱處理裝置，其特征在于，所述出口與真空發(fā)生器連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱處理裝置，其特征在于，所述進(jìn)口及出口處均設(shè)置有風(fēng)機(jī)，用以在所述夾層內(nèi)形成調(diào)整氣流。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱處理裝置，其特征在于，所述次級(jí)夾層中設(shè)置有支撐墊，所述支撐墊設(shè)置于所述次級(jí)夾層內(nèi)部中空位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理裝置，其特征在于，所述第一保溫層、第二保溫層均為保溫棉。
15.根據(jù)權(quán)利要求1~14中任意一項(xiàng)所述的熱處理裝置，其特征在于，還包括端部保溫塊、固定環(huán)以及外殼，所述端部保溫塊、固定環(huán)均設(shè)置于所述熱處理裝置的頂部和底部，所述外殼環(huán)繞所述第二保溫層，并與所述固定環(huán)連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的熱處理裝置，其特征在于，還包括頂部保溫蓋，所述頂部保溫蓋設(shè)置于所述熱處理裝置的頂部。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的熱處理裝置，其特征在于，所述固定環(huán)和外殼均為金屬。
【文檔編號(hào)】C30B33/02GK103774237SQ201410058339
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】孫少東, 周厲穎, 王麗榮 申請(qǐng)人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司