專利名稱：用于輻射單元的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輻射至少一基片的裝置，其中該裝置具有一帶有至少一紅外線輻射器的輻射裝置。
背景技術(shù)：
為了最佳的條件大量的工序需要真空。為此，基片首先必須送入真空環(huán)境中。那 么在基片緊接著在真空中處理之前，常常要插入一準(zhǔn)備工序。典型的工序是借助于不同的 工序?qū)⑼繉油糠蟮讲煌牟牧仙?。在這里金屬件或者連續(xù)的金屬帶、玻璃板、半導(dǎo)體基片、 等等用作基片。典型的涂敷過程是化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子刻蝕、通過等離子涂敷方法 的濺射等等。為此基片在送入真空裝置期間或者之后常常必須專門進(jìn)行預(yù)處理。此外預(yù)處理包 括加熱。例如為了避免表面上帶有對工序或者真空有損害的水分子，就要進(jìn)行加熱。為此 典型地基片加熱到在140°C和300°C之間的溫度，以使水分子可以轉(zhuǎn)入氣相。同樣對于一系 列的涂敷方法本身達(dá)到確定的基片溫度就是最佳工序過程的前提，并且必須通過預(yù)處理調(diào) 節(jié)。加熱工序也可以安排在真空工序之后。同所有這些應(yīng)用一樣，至少在時間上或者空間上局部的真空環(huán)境中應(yīng)該實現(xiàn)基片 的有效的加熱，通過使用紅外線輻射器加熱的效率應(yīng)該盡可能的高，并且參與的材料和箱 體的表面和紅外線輻射器的反射率本身對設(shè)備的效率和成本具有決定性的作用。該工序大多數(shù)是批量工序，因為材料必須通過閘門送入一工序室中，以便在那里 保持環(huán)境條件恒定。這樣的批量工序的另一困難是，所有基片必須以同樣的溫度和預(yù)處理 離開加熱狀態(tài)。大多數(shù)這樣的設(shè)備的工序窗口非常嚴(yán)密，因此微小的偏差就會導(dǎo)致基片成 為廢品。那么盡管如此在通常的設(shè)備中仍必須穿過該工序區(qū)域，所以為了使基片通過閘門 需花費很大的費用。那么一在真空工序中的加熱區(qū)首先必須具有非常高的加熱效率，以達(dá) 到迅速的穿過時間，然而它同時必須能非常迅速地反應(yīng)，以便能對變化的加熱時間柔性地 作出反應(yīng)。尤其是要避免例如由于高的熱量或者慣性產(chǎn)生的過度加熱。由現(xiàn)有技術(shù)中不同的附件已知，來使基片經(jīng)受一輻射和熱處理。只有借助于輻射 的加熱可以在真空中并且在敏感的表面時成功地使用。例如有這樣的加熱元件，該加熱元件具有一高級合金鋼管，該鋼管從內(nèi)部電氣加 熱，并且因此可以達(dá)到大約600°C的溫度。這樣的金屬加熱元件在真空中具有一足夠的化學(xué) 穩(wěn)定性，費用低廉，具有突出的真空工序的特性，然而熱惰性極大，并且由于微小的最大的 表面溫度不可能放出高的功率。當(dāng)在某一時刻在工序中在該棒式加熱元件的環(huán)境下存在氧 氣時，那么它會失去光澤，并且改變它的輻射狀態(tài)。此外由現(xiàn)有技術(shù)已知一由封閉的真空密封的石英管和位于里面的加熱元件組成 的紅外線輻射器。加熱元件通常由鎢或者碳組成。這樣的紅外線輻射器大多數(shù)在它的熱反 應(yīng)中非常靈敏，即可迅速的提供并且可以迅速的調(diào)節(jié)功率，并且達(dá)到相當(dāng)大的輻射功率。為了使每個單獨的輻射器達(dá)到這樣高的輻射功率對于真空應(yīng)用需要相當(dāng)高的電壓。不僅棒式 加熱元件而且紅外線輻射器均需沿著所有空間方向均勻地輻射它的功率，因此不能達(dá)到理 想的工序效率。此外由現(xiàn)有技術(shù)已知一這樣的與外部的反射器組合的紅外線輻射器。其中大多數(shù) 拋光的、鉬或者鋁的高級合金鋼板用作外部的反射器。用這樣的外反射器輻射器功率的一 定的部分可引回到基片上，因此導(dǎo)致效率的提高。該鋼板吸收擊中的輻射的一部分，并且因 此存儲大量的熱量。此外它由于剩余的氧氣量或者工序氣體(例如硒)常常失去光澤，這 導(dǎo)致反射率劇烈的下降，并且導(dǎo)致鋼板進(jìn)一步急劇的加熱。結(jié)果同樣是增加輻射源、并且因 此增加設(shè)備的熱慣性、以及降低效率。此外在現(xiàn)有技術(shù)中描述了由在輻射器管上燒結(jié)的氧化鋁(Al2O3)或者氧化鋯 (&02)粉構(gòu)成的反射器。該反射器直接涂敷到輻射器管上，并且不可能氧化。這樣的氧化 鋁或者氧化鋯的反射器易于碎裂，并且因此構(gòu)成雜質(zhì)的來源。因為它具有敞開的微孔，所以 它在循環(huán)的運行中可能吸附大量的氣體，并且在加熱時重新釋放出來。通常工序氣體例如 硒沉積在敞開的微孔中，并且然后破壞材料的反射作用。它的反射作用典型的數(shù)值被限制 在30%。因此它不一定可用于所述的應(yīng)用。帶有由金構(gòu)成的反射器的紅外線輻射器已是眾所周知的，然而卻不可能使用，因 為金反射器在真空中由于低的環(huán)境壓力和輻射器的石英管的高溫在最短的時間之內(nèi)被分 解，該石英管的高溫這里不可能通過氣流冷卻。如果在通常的幾何尺寸時超過大約100V以上的電壓，尤其是在Imbar的壓力區(qū) 中、一在每個真空閘門中在一時刻或者在一位置上達(dá)到的過渡區(qū)域?qū)е码妷簱舸?，并且?dǎo) 致破壞性的氣體放電。這限制了紅外線輻射器加熱絲的功率或者最大長度。EP1228668A1描述了一種紅外線輻射器，該紅外線輻射器插入另一石英玻璃的套 管中，其中該套管相對于容器真空密閉地密封。因此每個單獨的輻射器可在高電壓下運行。 原則上在足夠的冷卻時也可以在每個輻射器上涂敷一高效率的金反射器。然而該裝置的缺 點是，每個輻射器或者管的冷卻證明是困難的，因為沿著流過冷卻流體(空氣)的方向在輻 射器或者在套管中總是出現(xiàn)一溫度梯度。因此在基片中形成溫度梯度，該溫度梯度是不受 歡迎的，并且產(chǎn)生負(fù)面影響或者甚至導(dǎo)致廢品。在DE102004002357中描述了對于一這樣的幾何尺寸和輻射器布置的紅外線透明 冷卻流體的使用。缺點是對于實現(xiàn)附加的、不透氣的、在低壓下運行的冷卻循環(huán)的高昂的技 術(shù)費用。在EP1071310A1中描述一種在真空中用于由硅波均勻加熱的裝置。在這里大量的 圓形紅外線輻射器布置在一外反射器之前，并且借助于對準(zhǔn)的氣流冷卻。其中輻射器和空 氣冷卻借助于一面對于本來的工序箱體的窗口與它的基片隔開。在EP1089949B1中描述了一種箱體，在該箱體中基片與紅外線輻射器一起布置在 兩個反射器之間。其中反射器由薄板、優(yōu)選的是由鋁板組成。由于反射器背面涂黑，所以通 過輻射可實現(xiàn)從反射器到冷卻壁的傳熱，因此實現(xiàn)反射器的冷卻。一基片的附加的溫度的 控制可通過添加一導(dǎo)熱的氣體實現(xiàn)，因此相對于通過輻射傳熱另外可通過導(dǎo)熱和自由對流 傳熱將熱量從基片反射器和輻射器排到冷卻的箱體壁上。上述的裝置全部都有缺點，它們具有大的熱慣性，并且因此不一定適合于迅速的加熱和試樣在確定的溫度下的保溫。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是提供一種裝置，該裝置避免上述的缺點，并且可實現(xiàn)一迅速的加熱以及緊接著在一確定的溫度下基片的長時間保溫。該任務(wù)用獨立的權(quán)利要求所述的特征獲得解決。有利的改進(jìn)結(jié)構(gòu)由各自的從屬權(quán)利要求得知。帶有用于至少一基片輻射的箱體的根據(jù)本發(fā)明的裝置包括至少一用于基片送入 和取出的閘門，一在箱體之內(nèi)的基片支架，一真空泵和至少一用于基片輻射的輻射單元，其 中輻射單元至少具有一帶有一集成的反射器的紅外線輻射器。一這樣的裝置使箱體相對于迄今為止已知的箱體明顯地結(jié)構(gòu)更小，因為紅外線輻 射器已經(jīng)裝備有一集成的反射器，并且因此可放棄一外部的反射器和與之對應(yīng)的反射器， 該反射器大多數(shù)需要大量的空間。此外表明，在一這樣的箱體中使用一這樣的輻射器鑒于它的熱反應(yīng)速度可使箱體 結(jié)構(gòu)更好，并且因此在輻射基片時可達(dá)到更好的結(jié)果。同樣用一這樣的輻射器可實現(xiàn)用根 據(jù)本發(fā)明的裝置的加熱和冷卻，并且同時把熱慣性降低到最低限度。在這里每個適合于基片的支撐和熱處理的箱體均可用作箱體，例如在 EP1089949B1中所描述的。已經(jīng)表明如果反射器由一種至少在尤其是密閉的在近紅外線和中紅外線范圍的 輻射狀態(tài)下寬頻帶透明的材料組成，然而構(gòu)成不透明的材料，這是有利的。該反射器具有特 別高的反射率，并且關(guān)于機械的穩(wěn)定性和真空適用性具有非常良好的特性。如果反射器具有封閉的微孔結(jié)構(gòu)，也是有利的。如果在紅外線輻射器的背面涂敷一涂層，并且與此同時該涂層在遠(yuǎn)紅外線范圍中 具有高的吸收性，這是有利的。已經(jīng)表明一包括石英玻璃的涂層對此特別適合。該材料具有一非常高的溫度穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的裝置例如使冷卻的真空箱體構(gòu)成該裝置唯一的附加的反射器。因此既節(jié)約了材料，而且又降低了成本。上述的反射器因此特別適合于在真空箱體中使用，因為它高效并且適合于真空。 此外它具有最小的釋放氣體的傾向，因為它幾乎不吸收氣體。此外在根據(jù)本發(fā)明的裝置中表明，可以避免一這樣的箱體失去光澤和/或者氧 化，因為不存在處于可能失去光澤或者氧化的溫度中的元件。如果輻射器可以從箱體中取出，乃是有利的。


本發(fā)明下面借助于優(yōu)選的結(jié)構(gòu)形式并且參照附圖詳細(xì)說明。其中在示意的圖示中圖1表示了一帶有A1203涂層的典型的紅外線輻射器的軸向輻射狀態(tài)，圖2表示了不同的反射器類型的典型的短波紅外線輻射器的軸向輻射狀態(tài)，圖3表示了不同的反射器類型的典型的碳精棒紅外線輻射器的軸向輻射狀態(tài)，
圖4表示了一根據(jù)本發(fā)明的裝置，圖5表示了一根據(jù)本發(fā)明的裝置的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。
具體實施方式

為了能夠評價反射器類型的反射狀態(tài)，使用一裝置，該裝置借助于一熱堆傳感器 寬頻帶地檢測全部到達(dá)的輻射功率。該傳感器在一圓上圍繞著輻射器軸線引導(dǎo)，并且每5° 記下一測量值。測量在空氣中進(jìn)行。而且由該測量值可以計算在運行中反射器的反射率R， 該反射率定義為，R — 1 IRef lektor/ ^ gesamt^^gesamt/^Eef Iektor — ^ Nutzseite/^ gesamt^^gesamt/^Nutzseite其中Igesamt是發(fā)射出的全部強度，并且Ilteflekto是從反射器側(cè)反射出的強度，通過 每次測量相加；ngesamt是全部測量的次數(shù)，并且nReflektor是在反射面上測量的次數(shù)。INutzseite 是相加的強度，并且nNutzseite是在利用面上測量點的數(shù)目。在圖1中表示了一市售的鹵族圓管式輻射器的測量結(jié)果，其中作為紅外線反射器 該管在180°范圍內(nèi)具有噴涂的Al2O3粉涂層。對于該管的反射率數(shù)據(jù)為32%，并且在真空 中，由于Al2O3缺少對流冷卻更熱，所以反射率還要低。在圖中涂層布置在上部。在圖2中比較了一組對機械更穩(wěn)定的雙管式輻射器的反射器類型，其中總是使用 鎢作為加熱絲。其中該曲線分別描述了不同反射器類型的測量結(jié)果曲線21 —不帶反射器的雙管曲線22 —高級合金鋼反射器曲線23 —鋁反射器曲線24 —在雙管上的根據(jù)本發(fā)明的反射器曲線25 —在雙管上并且在鋁反射器之前的根據(jù)本發(fā)明的反射器。雙管表示一不帶反射器的紅外線輻射器。一這樣的輻射器然后在一高價值的高 光澤的高級合金鋼反射器之前和高價值的高光澤的鋁反射器之前測量，其中那么只能分別 在反射器之前的180°范圍內(nèi)測量。此外一帶有一輻射器并且?guī)в幸环瓷淦鞯妮椛鋯卧?360°范圍內(nèi)測量，以及一帶有一輻射器并且?guī)в幸环瓷淦鞯妮椛鋯卧谝桓邇r值的高光 澤的鋁反射器之前測量。在圖中所有反射器涂層布置在上部在3點和9點之間。對于純高級合金鋼22反射率為50%，對于鋁23反射率為61%，對于根據(jù)本發(fā)明 的輻射單元24的反射器的反射率為74%，并且對于根據(jù)本發(fā)明的輻射單元25的反射器和 鋁的反射率為87%。在180°的測量中分別使用不帶反射器測量的Igesamt。金屬反射器的 反射率小于理論值，因為輻射的很大的一部分反射回到輻射器上。在圖3中比較了一組對機械更穩(wěn)定的雙管式輻射器的反射器類型，其中使用碳精 棒作為加熱絲。其中該曲線分別描述了不同反射器類型的測量結(jié)果曲線31 —不帶反射器的雙管曲線32 —高級合金鋼反射器曲線33 —鋁反射器曲線34 —在雙管上的根據(jù)本發(fā)明的反射器
曲線35 —根據(jù)本發(fā)明的反射器和鋁反射器。雙管表示一不帶反射器的紅外線輻射器。一這樣的輻射器然后在一高價值的高光 澤的(高級合金鋼)反射器之前和高價值的高光澤的(鋁)反射器之前測量，其中那么只能 分別在反射器之前的180°范圍內(nèi)測量。此外一帶有一輻射器并且?guī)в幸环瓷淦鞯妮椛鋯?元在360°范圍內(nèi)測量，以及一帶有一輻射器并且?guī)в幸环瓷淦鞯妮椛鋯卧谝桓邇r值的 高光澤的(鋁)反射器之前測量。在圖中所有反射器涂層布置在上部在3點和9點之間。對于純高級合金鋼32反射率為61%，對于鋁33反射率為63%，對于根據(jù)本發(fā)明的輻射單元34的反射器的反射率為64%，并且對于根據(jù)本發(fā)明的輻射單元35的反射器和 鋁的反射率為91%。在180°的測量中分別使用不帶反射器測量的Igesamt。金屬反射器的 反射率小于理論值，因為輻射的很大的一部分反射回到輻射器上。因為絕大多數(shù)基片對反射率具有角度依賴性，并且對平角更增加了該依賴性，因 此只有在圍繞著相對于基片的法線大約45°的角度范圍內(nèi)到達(dá)的部分對有效的加熱做出 貢獻(xiàn)。由于該原因帶有一如在本發(fā)明中描述的輻射器和反射器的輻射單元效率更高，因為 它不僅具有一顯著地更高的效率，如高價值的外反射器，而且甚至還將輻射限制在關(guān)系重 大的特別重要的工序過程的角度區(qū)域上。應(yīng)用例1在圖4中以橫剖面的形式表示了根據(jù)本發(fā)明的裝置。在一真空箱中1 一基片2借 助于一合適的裝置3在輥子上垂直于圖示平面向前輸送。裝料閘門以及其它的工序箱未繪 出。在箱體1之內(nèi)的氣壓借助于合適的泵4在封閉的閘門時調(diào)節(jié)到大氣壓。帶有一輻射器 5和一反射器涂層6的輻射單元布置在基片2上方。在箱體的所有壁中引入冷卻通道7， 該冷卻通道允許箱體壁保持在一恒定的溫度上。箱體內(nèi)壁由光亮的、優(yōu)選的是拋光的金屬 (鋁或者高級合金鋼)構(gòu)成。為此做好的箱體1最后從內(nèi)部加工。這樣布置的箱體1在制 造上極其簡單并且非常容易操作，因為只有少數(shù)的元件布置在它的內(nèi)部。同時它在加熱中 具有非常高的效率，因為幾乎沒有原始的輻射到達(dá)和加熱箱體壁或者其它的內(nèi)裝部件。箱 體壁保持它相對高的反射率(根據(jù)材料和輻射器> 65% )，因為它被冷卻，并且因此不可能 失去光澤。因為除了輻射器5本身之外在箱體1中幾乎沒有需要加熱或者冷卻的物體，整 個裝置對熱反應(yīng)非常靈敏。輻射器幾乎惟一地由一具有2. 2g/cm3質(zhì)量的石英玻璃或者由 一大約具有1. 75g/cm3密度的根據(jù)本發(fā)明的反射器組成。典型地從3mm的材料厚度起基片 2本身是裝置對熱最惰性的部分，那么這正是所要求的。圖5表示了一根據(jù)本發(fā)明的裝置，在該裝置中在輻射器5和箱體1以及基片2之 間的輻射冷卻被優(yōu)化。為此兩個大的表面9附加地用一透明的或者半透明的涂層8涂敷， 該涂層顯示出一類似于石英玻璃的吸收特性。因此在400nm和4000nm之間的區(qū)域中的有 效輻射基本上反射回箱體1，因為涂層8允許到達(dá)金屬反射的箱體壁上的輻射通過，然而在 較高的波長時產(chǎn)生的輻射同樣有效地被箱體通過涂層8吸收。
權(quán)利要求
帶有用于輻射至少一基片的箱體的裝置包括-至少一用于基片送入和取出的閘門，-一在箱體之內(nèi)的基片支架，-一真空泵，-和至少一用于基片輻射的輻射單元，其特征在于，輻射單元至少包括一帶有一集成的反射器的紅外線輻射器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，反射器由一寬頻帶地在可視的和紅外線 下透明的、然而不透明的結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成。
3.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，反射器的材料在透 明的狀態(tài)下在780nm至2200nm、優(yōu)選的是在400nm至2700nm、并且特別優(yōu)選的是在400nm 至5000nm的波長范圍內(nèi)是透明的。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，在紅外線輻射器的 背面涂敷一涂層。
5.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，涂層在遠(yuǎn)紅外線范 圍中具有高的發(fā)射率。
6.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，涂層包括石英玻璃。
7.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，反射器構(gòu)成適合于 真空的反射器。
8.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，紅外線輻射器可以 從箱體中取出。
9.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，箱體具有一箱體壁， 該箱體壁構(gòu)成反射器。
10.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，輻射器可以從箱體 中取出。
11.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，箱體內(nèi)壁的至少一 部分涂敷一透明的或者半透明的涂層，該涂層在2200nm、優(yōu)選的是2700nm之上、并且特別 優(yōu)選的是在5000nm之上的遠(yuǎn)紅外線范圍中具有高的吸收特性。
12.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，箱體壁的涂層基本 上由玻璃、石英玻璃或者Al2O3組成。
13.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，在箱體中的基片在 輻射之前或者輻射期間可自動地移動。
14.根據(jù)前面的權(quán)利要求中一項或者多項所述的裝置，其特征在于，紅外線輻射器這樣 布置，以使進(jìn)入基片并且加熱基片的輻射在基片的表面上達(dá)到一盡可能均勻的分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于輻射單元的裝置，即一種帶有用于至少一基片輻射的箱體的裝置，包括一用于基片送入和取出的閘門，一在箱體之內(nèi)的基片支架，一真空泵和至少一用于基片輻射的輻射單元，其中輻射單元至少包括一帶有一集成的反射器的紅外線輻射器。
文檔編號C23C14/54GK101822122SQ200880110757
公開日2010年9月1日 申請日期2008年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者S·利諾 申請人:赫羅伊斯諾布爾萊特股份有限公司