專利名稱：快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊，更具體地關(guān)于包括燈和類似裝置的冷卻裝置的快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊。
背景技術(shù)：
晶片熱處理設(shè)備的一個代表性例子是快速熱處理(RTP)設(shè)備?？焖贌崽幚碓O(shè)備用于完成快速熱退火、快速熱清潔、快速熱化學氣相沉積、快速熱氧化以及快速熱氮化工藝。
對于快速熱處理設(shè)備，本質(zhì)上需要精確控制溫度，因為晶片在一段短時間內(nèi)在相對寬的范圍上升高或降低。對于這種精確的溫度控制，首先必須本質(zhì)上檢測快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊是否設(shè)計成為向晶片均勻供熱?？焖贌崽幚碓O(shè)備使用鹵素燈作為熱源。這種鹵素燈具有不同形狀和電源。根據(jù)鹵素燈的形狀，加熱器模塊中的加熱反應(yīng)器可以在形狀上有不同變化。加熱反應(yīng)器用于固定鎢鹵素燈，從而允許有效地利用這種熱源。為此，加熱反應(yīng)器用于在各個燈側(cè)面或后面分別安裝反射板。根據(jù)這些反射板的形狀，可以明顯改變溫度的分布。
圖1A到1C是示意圖，分別表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊的不同實施例。
參看圖1A，圖1A表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的加熱器模塊的第一實施例。加熱器模塊包括具有多個反射板13的加熱反應(yīng)器11，以及多個球形鎢鹵素燈12。鹵素燈12以這樣的方式裝在加熱反應(yīng)器11內(nèi)鹵素燈12形成幾個不同直徑的同心圓，同時彼此分離開。各個反射板13用于將一個同心圓與相鄰的另一個同心圓分開。即，沿相同同心圓圓周排列的燈12發(fā)出的所有光束，被與之關(guān)聯(lián)的一塊反射板13反射。因此，在這種情況下，不可能達到精確的溫度控制，因為位于相同圓周的燈12的溫度是集中控制的。
參看圖1B，表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的加熱器模塊的第二實施例，加熱器模塊包括排列在加熱反應(yīng)器21內(nèi)的多個球形燈22，它們形成幾個不同直徑的同心圓，與圖1A所示第一實施例具有相同的方式。但此第二實施例與第一實施例的不同之處在于加熱反應(yīng)器21具有反射板23，每塊反射板23具有與球形燈22相同的管狀；以及燈22裝在加熱反應(yīng)器21內(nèi)部，它們按一對一方式分別對應(yīng)于各自的反射板23，從而適合將熱量作用到特定的所需區(qū)域。如上所述結(jié)構(gòu)的加熱器模塊的缺點在于各個燈22的照射角度太小，造成熱效率差。因此，與圖1A所示的加熱器模塊相比，第二實施例的加熱器模塊需要較多數(shù)量的燈。這導致溫度控制裝置復(fù)雜性增大，以及系統(tǒng)的制造成本提高。
參看圖1C，表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的加熱器模塊的第三實施例，該加熱器模塊包括僅有一塊反射板33的加熱反應(yīng)器31，以及多個長棒狀燈32。棒狀燈32以平行于晶片并位于晶片上方的方式裝在加熱反應(yīng)器31內(nèi)部，用以提高燈32的熱效率。反射板33適于反射所有燈32發(fā)出的所有光束。但在這種情況下，由于各個燈32發(fā)出的光束照射角度彼此干涉和重疊，因此不可能達到精確控制特定區(qū)域的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到上述問題提出本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊，從而精確控制溫度，提高其熱效率，并且使用簡便。
根據(jù)本發(fā)明，上述和其它目的的實現(xiàn)是通過提供一種快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊，包括加熱反應(yīng)器，所述加熱反應(yīng)器包括在其一側(cè)的多個反射器，以及將各個反射器內(nèi)側(cè)分別與加熱反應(yīng)器的另一外側(cè)相通的多個第一氣體通道；裝在各個反射器中的燈；裝在加熱反應(yīng)器另一外側(cè)的冷卻氣體入口單元，所述冷卻氣體入口單元具有從其中穿過的多個第一冷卻氣體入口，分別與加熱反應(yīng)器中形成的各個第一氣體通道相通；石英窗口，所述石英窗口裝在反射器下面，同時與反射器末端分離開，在反射器末端與面對反射器末端的表面之間形成第二氣體通道；將所述石英窗口固定在加熱反應(yīng)器上的石英窗口固定單元；以及與第二氣體通道相通的冷卻氣體出口單元。


結(jié)合附圖，從下面的詳細描述中將更加清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和其它優(yōu)點。在附圖中圖1A到1C是示意圖，分別表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊的不同實施例；以及圖2A到2G表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊。
具體實施例方式圖2A和2B表示根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊的整個結(jié)構(gòu)，圖2C到2g表示圖2A和2B所示加熱器模塊的各個部分。更具體地，圖2A是主要表示加熱反應(yīng)器上表面形狀的示意圖，圖2B是主要表示冷卻氣體入口單元上表面形狀的示意圖，圖2C是沿圖2A中線D-D’的剖視圖，圖2D是沿圖2A中線E-E’的剖視圖，圖2E是沿圖2A中線F-F’的剖視圖。在每個附圖中，箭頭表示冷卻氣體路徑。
參看圖2A到2G，根據(jù)本發(fā)明的快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊包括加熱反應(yīng)器100、多個燈200、冷卻氣體入口單元300、石英窗口400、石英窗口固定單元500以及冷卻氣體出口單元600。
加熱反應(yīng)器100在其下側(cè)刻有多個反射器110，并形成多個第一氣體通道120。這些氣體通道120用于連通反射器110內(nèi)側(cè)與加熱反應(yīng)器100的上外側(cè)。在各個反射器110中按一對一方式裝有各個燈200。在這種情況下，反射器110和燈200適于被通過第一氣體通道120進入的冷卻氣體冷卻。如果需要，每個反射器110中可以具有另外的反射板或在其內(nèi)表面涂覆反射材料。
反射器110排列形成第一反射器區(qū)I、第二反射器區(qū)II和第三反射器區(qū)III。在第一反射器區(qū)I中，各個反射器110沿橫向彼此平行，使各個棒狀燈200沿縱向安裝。第二反射器區(qū)II位于第二反射器區(qū)I沿縱向的對面。第三反射器區(qū)III位于第一反射器區(qū)I和第二反射器區(qū)II之間。在第三反射器區(qū)III中，各個反射器110沿縱向彼此平行，使各個棒狀燈200沿橫向安裝。這里，縱向和橫向不表示特定的方向，僅是表示彼此垂直的相對方向。即，沿裝在第一反射器區(qū)I和第二反射器區(qū)II中的棒狀燈200延伸的假想線，垂直于沿裝在第三反射器區(qū)III中的棒狀燈200延伸的假想線。
根據(jù)加熱器模塊的尺寸，第一反射器區(qū)I和第二反射器區(qū)II的橫向長度可以改變。另外，加熱器模塊可以具有至少兩個第三反射器區(qū)III，位于加熱器模塊的左側(cè)和右側(cè)，彼此相對。在這種情況下，優(yōu)選的是在兩個第三反射器區(qū)III之間安裝第四反射器區(qū)IV。第四反射器區(qū)IV裝有U形燈。即，位于加熱反應(yīng)器100邊緣的第一到第三反射器區(qū)I、II和III裝有棒狀燈，用于提高燈的熱效率，而第四反射器區(qū)IV裝有U形燈，便于其安裝。因此，為了安裝與各個U形燈相連接的電極，優(yōu)選的是在加熱反應(yīng)器100形成垂直穿通孔140。
如上所述，由于燈排列成點陣狀，即，一些燈沿縱向排列，而另一些燈沿橫向排列，因此可以在相對寬的區(qū)域上達到均勻的溫度分布。另外，由于U形燈裝在難以安裝棒狀燈的特殊區(qū)域，其使用變得容易。
每個反射器110包括拱頂形的上部111，用于覆蓋裝在反射器110中的燈200的上部；以及從拱頂形上部111的末端向下傾斜展寬的側(cè)壁112。反射器110具有沿一個方向延伸的長形，從而反射從裝在其中的一個棒狀燈或U形燈發(fā)出的光。各個反射器110與位于其兩側(cè)的相鄰的反射器共享相鄰的側(cè)壁?？傊?，各個反射器110的結(jié)構(gòu)是從拱頂形上部111向下展寬，并與相鄰的反射器110連續(xù)連接，同時共享位于二者之間的相鄰的側(cè)壁112。這樣，由于各個反射器110采用獨立的結(jié)構(gòu)，使各個燈200按一對一方式裝在其中，因此在處于開狀態(tài)的燈與處于關(guān)狀態(tài)的其它燈之間沒有干擾，形成燈的精確控制。另外，由于各個反射器具有能有效地反射燈發(fā)出的光束的結(jié)構(gòu)，因此提高了燈的熱效率。
各個反射器110的側(cè)壁112形成水平穿透槽113。水平穿透槽113用于保證穩(wěn)定循環(huán)并將通過加熱反應(yīng)器100的各個第一氣體通道120進入的冷卻氣體排出。
加熱反應(yīng)器100還具有用于冷卻水的水通道130。冷卻水用于冷卻反射器110和燈200。為了使冷卻水有效冷卻各個反射器110的整個部分，以及保證其穩(wěn)定流動，各個水通道130的優(yōu)選結(jié)構(gòu)方式是，其與各個反射器110的拱頂形上部111相鄰的區(qū)域形成彎曲部分131，與各個反射器110的側(cè)壁112相鄰的另外區(qū)域形成傾斜部分132和133，其從彎曲部分131下端向下變窄。
冷卻氣體入口單元300具有多個第一冷卻氣體入口310。第一冷卻氣體入口310位于加熱反應(yīng)器100的上部外側(cè)，因此分別與第一氣體通道120相通。如果各個第一氣體通道120與第一冷卻氣體入口310之間的連接區(qū)域形成傾斜表面，則開口比例增大，從而將冷卻氣體平穩(wěn)地流入到第一氣體通道120中并在流入的冷卻氣體中引起擴散作用。同時，如上所述，為了便于安裝U形燈，冷卻氣體入口單元300優(yōu)選地在加熱反應(yīng)器100形成的垂直穿通孔140的正上方形成孔330。
在這種情況下，為了保證冷卻氣體平穩(wěn)進入反射器110，在各個反射器110按一對一方式對應(yīng)于各個冷卻氣體入口310的狀態(tài)下，多個氣體通道120優(yōu)選地將各個反射器110的一個內(nèi)側(cè)與各個第一冷卻氣體入口310連通。各個第一冷卻氣體入口310設(shè)計成具有兩個、三個或多個傾斜表面，允許冷卻氣體進入并沿其分散。在這樣的形狀下，由于孔310的冷卻氣體出口端312的內(nèi)部橫截面積大于其冷卻氣體入口端311的內(nèi)部橫截面積，因此使第一冷卻氣體入口310的內(nèi)部空間作為一個壓力室。另外，為了使第一冷卻氣體入口310有效地處理不規(guī)則壓力分布，與第一冷卻氣體入口310的入口端311相鄰的特定區(qū)域313優(yōu)選地形成拱頂狀。
石英窗口400裝在反射器110下面，同時與反射器110的下端分離，從而二者之間形成間隙410。由于入口冷卻氣體通過間隙410排出，因此在下面將間隙410稱為第二氣體通道410。
石英窗口固定單元500用于將石英窗口400固定在加熱反應(yīng)器100上。
冷卻氣體出口單元600與第二氣體通道410相通。
通過冷卻氣體入口單元300的第一冷卻氣體入口310進入的冷卻氣體流入加熱反應(yīng)器100形成的第一氣體通道120，從而用于冷卻燈200以及被燈200發(fā)出的光束加熱的反射器110。接著，用過的冷卻氣體流過第二氣體通道410以及反射器110的側(cè)壁111形成的槽113，并通過冷卻氣體出口單元600排出。燈200和反射器110以及類似裝置也被通過水通道130循環(huán)的冷卻水冷卻。由于如上所述冷卻了燈200和反射器110以及類似裝置，就可以保證燈200和類似裝置的穩(wěn)定工作，并延長其使用壽命。另外，可以減小使用快速熱處理設(shè)備進行反復(fù)熱處理步驟所需的準備時間。
加熱反應(yīng)器100還形成至少一個第三氣體通道150，其用于將加熱反應(yīng)器100的上部外側(cè)與石英窗口400和反射器110之間形成的第二氣體通道410連通。冷卻氣體入口單元300還具有至少一個第二冷卻氣體入口320，與加熱反應(yīng)器100形成的第三氣體通道150對應(yīng)，從而與第二氣體通道150連通。冷卻氣體流入第二冷卻氣體入口320，第二冷卻氣體入口320的壓力高于第一冷卻氣體入口310，從而穩(wěn)定排出冷卻氣體。在這種情況下，如果第二氣體通道410和第三氣體通道150之間的連接區(qū)域形成為傾斜表面，則開口比例增大，從而使冷卻氣體平穩(wěn)的流入第二氣體通道410，并在流入的冷卻氣體中引起擴散作用。
石英窗口固定單元500包括氣體收集部分510，作為連通第二氣體通道410的槽；以及與第二氣體通道410相通的第三冷卻氣體入口520。冷卻氣體出口單元600與氣體收集部分510連通。通過第一冷卻氣體入口310和第二冷卻氣體入口320流入的冷卻氣體，在其流向冷卻氣體出口單元600時吸收大量熱而使其溫度升高，從而負面地影響燈200和類似裝置。因此，第三冷卻氣體入口520用于使新的冷卻氣體進入，也使冷卻氣體平穩(wěn)排出。
并且，通過減小其中裝有各個燈的各個反射器兩側(cè)形成的孔的尺寸，可以增大反射率。
工業(yè)適用性從上面描述可以清楚看出，根據(jù)本發(fā)明的快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊，由于加熱器模塊中的燈、反射器和類似裝置在熱處理步驟過程中或之后進行冷卻，因此可以保證其穩(wěn)定工作，延長其使用壽命，減小進行反復(fù)熱處理步驟所需的準備時間。
并且，根據(jù)本發(fā)明，各個反射器采用獨立結(jié)構(gòu)，使各個燈按一對一方式安裝。這能夠精確控制熱源。另外，由于各個反射器的結(jié)構(gòu)能有效地反射燈發(fā)出的光，因此可以提高燈的熱效率。
此外，由于棒狀燈排列成點陣狀，因此可以在相對寬的區(qū)域上達到均勻的溫度分布。另外，由于在難以安裝棒狀燈的特殊區(qū)域安裝U形燈，從而其使用變得容易。
盡管為了解釋的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離權(quán)利要求給出的本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以做出不同修改、添加和替代。
權(quán)利要求
1.一種快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊，包括加熱反應(yīng)器，所述加熱反應(yīng)器包括在其一側(cè)的多個反射器，以及將各個反射器內(nèi)側(cè)分別與加熱反應(yīng)器的另一外側(cè)相通的多個第一氣體通道；裝在各個反射器中的燈；裝在加熱反應(yīng)器另一外側(cè)的冷卻氣體入口單元，所述冷卻氣體入口單元具有從其中穿過的多個第一冷卻氣體入口，分別與加熱反應(yīng)器中形成的各個第一氣體通道相通；石英窗口，所述石英窗口裝在反射器下面，同時與反射器末端分離開，在反射器末端與面對反射器末端的表面之間形成第二氣體通道；將所述石英窗口固定在加熱反應(yīng)器上的石英窗口固定單元；以及與第二氣體通道相通的冷卻氣體出口單元。
2.如權(quán)利要求1所述的加熱器模塊，其中加熱反應(yīng)器中形成冷卻水的水通道。
3.如權(quán)利要求1所述的加熱器模塊，其中在各個反射器按一對一方式對應(yīng)于各個第一冷卻氣體入口的狀態(tài)下，在加熱反應(yīng)器上形成大量第一氣體通道，使各個反射器的內(nèi)側(cè)與對應(yīng)的第一冷卻氣體入口連通。
4.如權(quán)利要求1或3所述的加熱器模塊，其中每個第一冷卻氣體入口在其冷卻氣體出口端的內(nèi)部橫截面積大于其冷卻氣體入口端，用于使流入的冷卻氣體擴散。
5.如權(quán)利要求4所述的加熱器模塊，其中各個第一冷卻氣體入口具有與其冷卻氣體入口端相鄰的拱頂形特定區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的加熱器模塊，其中各個反射器包括拱頂形部分，以及從相鄰的拱頂形部分末端向外展寬傾斜的側(cè)壁，各個反射器與位于其兩側(cè)的相鄰反射器共享相鄰的側(cè)壁。
7.如權(quán)利要求6所述的加熱器模塊，其中反射器的側(cè)壁分別具有水平穿透槽。
8.如權(quán)利要求6或7所述的加熱器模塊，其中加熱反應(yīng)器中具有用于冷卻反射器的冷卻水的水通道，各個水通道的設(shè)計使其與各個反射器拱頂形部分相鄰的特定區(qū)域形成彎曲部分，與各個反射器側(cè)壁相鄰的另外特定區(qū)域形成傾斜部分，該傾斜部分從其相鄰的彎曲部分末端向內(nèi)朝向?qū)Ψ絻A斜，從而使冷卻水流過側(cè)壁的整個部分。
9.如權(quán)利要求1所述的加熱器模塊，其中所述加熱反應(yīng)器包括第一反射器區(qū)，其中反射器沿橫向彼此平行形成，使各個棒狀燈沿縱向安裝；沿縱向位于第一反射器區(qū)對面一側(cè)的第二反射器區(qū)；以及位于第一反射器區(qū)和第二反射器區(qū)之間的第三反射器區(qū)，在所述第三反射器區(qū)，反射器在縱向彼此平行形成，使各個棒狀燈沿橫向安裝。
10.如權(quán)利要求9所述的加熱器模塊，其中第三反射器區(qū)包括在橫向彼此朝向?qū)Ψ降闹辽賰蓚€第三反射器區(qū)，以及加熱反應(yīng)器還包括位于兩個第三反射器區(qū)之間的第四反射器區(qū)，U形燈裝在其中。
11.如權(quán)利要求10所述的加熱器模塊，其中加熱反應(yīng)器形成有垂直穿通孔，用于安裝分別與各個U形燈相連接的電極。
12.如權(quán)利要求1所述的加熱器模塊，其中加熱反應(yīng)器還具有至少一個第三氣體通道，用于將第二氣體通道與加熱反應(yīng)器另一外側(cè)連通；以及其中冷卻氣體入口單元形成至少一個第二冷卻氣體入口，按一對一方式對應(yīng)于加熱反應(yīng)器中形成的第三氣體通道。
13.如權(quán)利要求1所述的加熱器模塊，其中所述石英窗口固定單元包括與第二氣體通道相通的氣體收集部分，以及與第二氣體通道相通的第三冷卻氣體入口；以及其中冷卻氣體出口單元與氣體收集部分相通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速熱處理設(shè)備的加熱器模塊。加熱器模塊包括具有反射器的加熱反應(yīng)器、燈、冷卻氣體入口單元、石英窗口、石英窗口固定單元以及冷卻氣體出口單元。根據(jù)本發(fā)明，由于加熱器模塊中的燈、反射器和類似裝置在熱處理步驟過程中或之后進行冷卻，因此可以保證其穩(wěn)定工作，延長其使用壽命，減少熱處理步驟的準備時間。并且，由于各個反射器采用獨立結(jié)構(gòu)，使各個燈按一對一方式裝在其中，因此這能夠精確控制熱源。另外，燈采用的結(jié)構(gòu)能有效地反射燈發(fā)出的光，從而提高熱效率。
文檔編號H01L21/00GK1695236SQ03824645
公開日2005年11月9日 申請日期2003年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月1日
發(fā)明者南元植 申請人:科尼克公司