熱處理裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導體處理裝置，公開了一熱處理裝置，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，以允許外界氣體進入所述夾層。本發(fā)明通過在熱處理裝置中設置一內(nèi)部中空的夾層，并控制夾層內(nèi)部氣體壓力，當熱處理裝置升溫并至保溫階段，控制夾層內(nèi)部氣體壓力為負壓，減小熱傳遞及熱對流帶來的熱損失，使熱處理裝置內(nèi)部溫度快速到達工藝溫度，到達工藝溫度進行保溫時，能降低維持工藝溫度的能耗；當熱處理裝置降溫時，控制夾層內(nèi)部壓力為非負壓狀態(tài)，并使氣體處于流動狀態(tài)帶走熱量，達到熱處理裝置快速升降溫的效果，實現(xiàn)降低熱處理裝置升溫/保溫能耗的目的。
【專利說明】熱處理裝置【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及熱處理【技術(shù)領域】，特別涉及一種快速升降溫的熱處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導體制造及生產(chǎn)技術(shù)中，對作為被處理基底的半導體晶圓實施成膜處理、氧化擴散處理、改性處理、退火處理等各種熱處理。在這些熱處理過程中，特別是用于除去成膜后應變的退火處理和離子注入后的退火處理過程中，從提高處理能力和將擴散抑制為最小限的角度看，熱處理過程的技術(shù)需求趨向于高速地升溫降溫。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，在半導體【技術(shù)領域】，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，延長了工藝時間，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上，通過在保溫層上開孔送風的方式實現(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(附圖中未標示)形成一加熱腔，所述加熱層102設置在保溫層101內(nèi)部，在所述保溫層101側(cè)壁開有通孔103，在熱處理裝置100需要降溫時，冷風可通過所述通孔103進入加熱腔，從而實現(xiàn)熱處理裝置100的降溫。
[0006]中國專利CN102414800A公開了一種熱處理裝置，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，通過通入冷卻介質(zhì)，例如，冷卻水來實現(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置有第一保溫層；所述夾層外側(cè)設置有第二保溫層；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個或2個以上次級夾層，所述次級夾層拼接形成環(huán)繞待加熱樣品的加熱腔。進一步地，加熱層引線設置于相鄰的所述次級夾層之間，相鄰兩次級夾層之間具有空隙，所述空隙允許加熱層的引線及熱電偶通過。進一步地，所述次級夾層中設置有支撐墊，所述支撐墊設置于所述次級夾層內(nèi)部中空位置。
[0012]作為可選擇的技術(shù)方案，所述次級夾層具有進口及出口，用于氣體通入及抽出。進一步地，所述次級夾層為石英制成的無縫結(jié)構(gòu)；進一步地，所述進口設置在次級夾層頂部，所述出口設置在次級夾層底部；進一步地，所述進口及出口相對設置于所述次級夾層的對角線兩端點處。
[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；所述進口及出口處設置有風機，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，通過在熱處理裝置中設置一內(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)實現(xiàn)并控制升降溫及保溫處理。當熱處理裝置升溫并至保溫階段，控制夾層內(nèi)部氣體壓力為負壓，減小熱傳遞及熱對流帶來的熱損失，使熱處理裝置內(nèi)部溫度快速到達工藝溫度，到達工藝溫度進行保溫時，能降低維持工藝溫度的能耗；當熱處理裝置降溫時，控制夾層內(nèi)部壓力為非負壓狀態(tài)，并使氣體處于流動狀態(tài)帶走熱量，達到熱處理裝置快速升降溫的效果，從而實現(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。
【具體實施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步地詳細描述。
[0025]本領域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[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【具體實施方式】中，所述夾層4環(huán)繞待加熱樣品(附圖中未標示)形成一加熱腔(附圖中未標示)。所述加熱層I設置在所述加熱腔中，位于所述夾層4內(nèi)偵U。在本【具體實施方式】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夾層結(jié)構(gòu)示意圖和次級夾層剖視圖。
[0030]如圖5、圖6所示，所述夾層4包括兩個或兩個以上的次級夾層12，該次級夾層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。換言之，所述次級夾層12為弧狀結(jié)構(gòu)，所述多個次級夾層12拼接組成夾層4，進而形成環(huán)繞帶加熱樣品的加熱腔。加熱層I的引線即設置于相鄰的兩次級夾層12之間，因此，相鄰兩次級夾層12之間具有空隙，該空隙允許加熱層I的引線(附圖中未標示)及熱電偶(附圖中未標示)通過。
[0031]作為優(yōu)選實施方式，如圖2~圖6所示，所述夾層4包括2個次級夾層12，該次級夾層12均為約180°的圓弧狀結(jié)構(gòu)，所述兩個次級夾層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的兩個次級夾層12之間具有空隙，該空隙為相鄰兩次級夾層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。
[0032]作為可選實施例，所述夾層4的次級夾層12由石英制成，且為無縫結(jié)構(gòu)，在高溫及負壓下均具有一定的強度及剛度。
[0033]如圖6所示，本【具體實施方式】中，在所述夾層4中空的內(nèi)部還設置有支撐墊11，所述支撐墊11位于所述次級夾層12內(nèi)部中空的部分，用以加強在負壓狀態(tài)下夾層4/次級夾層12的強度，防止夾層4/次級夾層12側(cè)壁向夾層4/次級夾層12中空的內(nèi)部凹陷。優(yōu)選地，支撐墊11位于各次級夾層12靠近中間位置的內(nèi)部中空部分。
[0034]作為可選實施方式，在所述夾層4的外側(cè)，即靠近外殼10的一側(cè)，設置有反射涂層(圖中未標示)，進一步阻擋熱傳遞，降低熱量損失，以增強保溫效果。
[0035]作為優(yōu)選實施方式，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。作為可選實施例，第一保溫層2的材料為保溫棉。
[0036]作為最佳實施方式，所述夾層4外側(cè)還設置有第二保溫層3，所述第二保溫層3用于防止所述加熱腔的熱量散失，同時可便于外殼10的安裝。作為可選實施例，所述第二保溫層3的材料為保溫棉。
[0037]本【具體實施方式】中，當熱處理裝置200升溫并至保溫階段時，控制夾層4內(nèi)部氣體壓力為負壓，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流帶來的熱損失，使熱處理裝置200內(nèi)部溫度快速到達工藝溫度，到達工藝溫度進行保溫時，能降低維持工藝溫度的能耗。
[0038]本【具體實施方式】中，當熱處理裝置200降溫時，控制夾層4內(nèi)部壓力為非負壓狀態(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到目標溫度。
[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)選實施方式，夾層4設置有進口 6及出口 7，用于氣體的通入和輸出。在本【具體實施方式】中，所述夾層4包括兩個次級夾層12，則每個次級夾層12都具有進口 6及出口 7，且次級夾層12與進口 6、出口 7之間并無拼接縫，為無縫的一體化結(jié)構(gòu)。所述進口 6及出口 7允許氣體出入。
[0041]本【具體實施方式】中，進口 6及出口 7相對設置在次級夾層12的兩端，以便于氣體流動。作為優(yōu)選實施例，所述進口 6設置在次級夾層12的頂端，所述出口 7設置在次級夾層12的底端。作為最佳實施例，進口 6及出口 7相對設置在次級夾層12的對角線兩端點處，以增強次級夾層12內(nèi)的冷空氣與加熱腔中的熱氣體之間的對流效應，從而取得更好的降溫效果。
[0042]作為可選實施方式，在所述進口 6及出口 7處各設置一風機(圖中未標示)，以加速氣體流動，更好的控制夾層4內(nèi)部氣體壓力。進一步地，在所述出口 7處還設置有一真空發(fā)生器(附圖中未標示)，用以將夾層4內(nèi)部的氣體抽出，以降低氣體壓力。作為可選實施例，所述真空發(fā)生器為真空泵。
[0043]本【具體實施方式】中，當需要快速降溫時，恢復夾層4內(nèi)壓力為常壓，并利用風機在夾層4內(nèi)部形成調(diào)整氣流，通過對流換熱實現(xiàn)快速降溫。在升溫及恒溫階段，關閉進口 6，通過與出口 7相連的真空發(fā)生器將夾層4內(nèi)的壓力抽成負壓，即相對真空的狀態(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，同時在恒溫階段，也可以通過真空發(fā)生器及風機的聯(lián)合作用來提高熱處理裝置200控溫的精度。
[0044]本【具體實施方式】中，熱處理裝置200還包括端部保溫塊8及固定環(huán)9，均設置在所述熱處理裝置200的頂部及底部。進一步，在所述熱處理裝置200的頂部還設置有頂部保溫蓋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成為一個整體。作為可選實施例，所述固定環(huán)9及外殼10均為金屬。
`[0045]本【具體實施方式】提供的熱處理裝置，通過在熱處理裝置中設置一內(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)實現(xiàn)并控制升降溫及保溫處理。當熱處理裝置升溫并至保溫階段，控制夾層內(nèi)部氣體壓力為負壓，減小熱傳遞及熱對流帶來的熱損失，使熱處理裝置內(nèi)部溫度快速到達工藝溫度，到達工藝溫度進行保溫時，能降低維持工藝溫度的能耗；當熱處理裝置降溫時，控制夾層內(nèi)部壓力為非負壓狀態(tài)，并使氣體處于流動狀態(tài)帶走熱量，達到熱處理裝置快速升降溫的效果，從而實現(xiàn)降低熱處理裝置升溫/保溫能耗的目的。
[0046]上述實施例僅例示性說明本發(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，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領域】中具有通常知識者在未脫離本發(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個或2個以上次級夾層，所述次級夾層拼接形成環(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，加熱層引線設置于相鄰的所述次級夾層之間，相鄰兩次級夾層之間具有空隙，所述空隙允許加熱層的引線及熱電偶通過。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱處理裝置，其特征在于，所述次級夾層具有進口及出口，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，所述次級夾層為石英制成無縫結(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，所述進口設置于所述次級夾層頂部，所述出口設置于所述次級夾層底部。`
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱處理裝置，其特征在于，所述進口及出口相對設置于所述次級夾層的對角線兩端點處。
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，所述進口及出口處均設置有風機，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，所述次級夾層中設置有支撐墊，所述支撐墊設置于所述次級夾層內(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】C30B33/02GK103774237SQ201410058339
【公開日】2014年5月7日 申請日期: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 申請人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司