增强型快速热处理设备和方法技术

一种加热装置，其使用照射能加热工件的第一主要表面，以致照射能的第一部分直接入射到工件的第一主要表面而照射能的第二部分被指向为至少最初不能抵达第一主要表面。反射器，具有中央开口，该反射器反射照射能的第二部分的至少一些到工件的外周边缘区域用于预热补偿。该反射器被构造为用于闪速加热能对工件的第二相对主要表面的无阴影暴露。描述了一种工件操纵装置，用于动态预热移动以改变横穿工件的加热廓线，以及随后移动工件到闪速加热位置。该操纵装置还有一个特点是自动工件对中。

Enhanced rapid heat treatment apparatus and method

A heating device, the use of exposure to a first major surface of the heated workpiece, so that the first part of the incident radiation can directly to the first major surface of the second portion of the illumination energy is directed at least initially can not arrive at the first major surface. The reflector is provided with a central opening which reflects at least a portion of the second portion of the irradiation energy to the peripheral edge region of the workpiece for preheating compensation. The reflector is configured to provide a shadow free exposure of the second relatively major surfaces of the workpiece to the flash heating energy. A workpiece manipulation device is disclosed for dynamically preheating the movement to change the heating profile across the workpiece, and then moving the workpiece to a flash heating position. The control device is also characterized in that the automatic workpiece alignment.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术一般涉及快速热处理领域，更具体地说涉及用于在快速热处理中 提高均匀性的技术和设备。
技术介绍
为了生产最新发展的设备，在快速热处理(RTP)的使用中，现有技术 开发了大量的方法。这样的设备例如包括半导体芯片、太阳能电池以及纳米 材料。已经发现在基底或工件受到离子注入处理后RTP非常有用，在所述基 底或工件中被注入的掺杂原子处于空位中，在该位置掺杂原子是电性质不活 动的(electrically inactive )。 RTP被应用以便修复对晶格结构的损坏并将掺 杂物移动到晶格结点以电激活这些掺杂物。一种形式的RTP实质上使用等温加热，其中辐射能以协作强度 (cooperating intensity)施加一持续时间以便于使工件的温度至少在工件的 整个厚度上大致均匀地升高。由此，这种形式的等温RTP也可以称为等温 RTP并一般具有处理持续时间约为几秒的特征。由于设备尺寸和结深度(junction depth)随着一代代的发展日益降低， 已经发现关于使用等温RTP的困难。具体地说，在引起所期望的掺杂物激活 的高温下，发现扩散机理开始起作用，这使得掺杂的杂质和其他物质从它们 的预期位置扩散到整个设备结构。由于降低的特征尺寸方面，这样的扩散导 致设备的功能受损。对不期望的扩散效应的关注促进了被称为毫秒或闪速RTP的开发。这个 更新的RTP方法的特征在于其加热工件从而故意地在晶片或者工件的厚度 上产生温度梯度。 一个极其有益的方法在标题为HEAT TREATING METHODS AND SYSTEMS(热处理方法和系统)的美国专利No.6594446 中描述，其全部内容通过参考方式在此并入。为了实现毫秒RTP，其持续时 间为0.1ms到20ms。毫秒RTP的前提在于短时间地急骤加热工件的设备侧， 因此工件的主体保持冷却。如此，在急骤加热工件的设备侧之后，工件的主体用作蓄热器。当急骤加热的时间周期远快于工件的热传导时间时，这样的 实施是有效的。由此，毫秒RTP通过限制温度足够高使得扩散可以发生的时间以及限制 工件被加热到如此高温度的体积，从而降低了掺杂物扩散。当然脉冲RTP 可以通过加热工件到中间温度然后施加脉冲能量来使用，脉冲RTP可以视为 与等温RTP的混合形式，如美国专利No.6849831中所教导的那样，其内容 通过参考在此并入。除了上述关于扩散效果的差异，每一种形式的RTP都会引入其他独特的 问题以及与其应用相关的机会。例如，对于等温RTP,热均匀性是所关注的， 特别是由于工件的外周边缘一般比工件的中央部分更快速的流失能量的原 因。因此，边缘区域往往保持比工件的中心更凉。例如对于毫秒RTP，表面 加热被规定为基本上是瞬间的。因此，脉冲参数必须预先仔细地确定以产生 所要的结果， 一旦脉冲被开始，这基本没有机会去影响处理结果。相反，在 毫秒RTP中，边缘冷却往往被认为并不是很重要，因为加热速度与从工件到 处理室周围气体的辐射损失或传导和对流热损失相比往往十分高。考虑到上述问题，美国专利No.4981815 (后文中的，815专利)提供了 等温RTP的一个例子，其试图解决边缘冷却问题，在，815专利的图7示出 的一个方法中，使用了这样一个加热装置，其采用了一个热源与工件的主要 表面成面3于面的关系(confronting relationship ),而另 一个独立热源与工^牛的 外周边缘成面对面的关系。该方法由于它对需要精确控制的附加热源的需要 而被认为过于复杂。作为替代，在，815专利的图6示出了位于工件周围的反 射器用于将从工件的外周边缘辐射的热能返回。在这点上，应该注意到现有 技术包含很多基于将从工件辐射的热能反射回其周缘的例子。这种方法被认 为有问题是因为被返回的辐射能完全不足以补偿由辐射、传导和对流热损失 组合而导致的边缘冷却效果。在，815专利的图IO示出了另一等温RTP方法，其使用与工件的主要表 面成面对面的关系的热源，所述工件被容纳在反射盒中。该工件可相对于反 射盒的底部壁面移动地定位在支撑销上，由此改变工件相对于底部反射壁面 的高度，以允许变化的反射热源能量抵达工件的底部外周边缘区域。，815专 利的图11示出了另一RTP方法，其与该专利的图IO的方法相关，至少与工 件可移动地支撑在支撑柱上的范围相关。该移动据说被用于在加热期间改变工件边缘的加热。申请人认为，遗憾的是，在等温RTP中这些支撑柱往往在 工件的相对表面上产生冷却点。然而，该专利并没有致力于这个问题，这将 在下文中适当位置进一步讨论。此外，反射表面在晶片的下方延伸，而且该反射器^Li人为会干扰双面加热装置。Lord的美国专利No.4560420包括一个被认为是适于快速热退火的实施 例，如Lord专利的图5所示。该图示出了形成在炉子底部且位于工件外周 边缘紧下方的凸起的反射环。反射环的围墙是漫反射的，而由反射环包围的 内部凸起表面上具有热吸收性的黑色涂层。据说，内部凸起区域冷却工件的 中央部分，试图P争低横穿晶片的温度差异。该专利的图2到4中由Lord公 开的另一实施例被描述为倾向于在加热过程中热循环，因此，由于这些结构 将会从加热装置吸收能量接着将热能辐射到工件边缘上，即使加热装置关闭 之后也是如此，它们被认为并不是非常适合于在RTP处理中使用。更具体地 说，图2的实施例专门依靠将从工件边缘辐射的热能返回到工件边缘的机理 与辐射热源能量的机理的结合。后一机理通过使用平行于工件主要表面的至 少一个表面吸收来自加热装置的能量，并从处于与工件的外周边缘面对面关 系的表面辐射该能量来实现。即，没有用于将热源能量反射到工件的外周边 缘的机理。还是关注Lord的专利，应该注意到图3到5的实施例天生受限于使用 单侧工件加热装置。即，所示的反射器/辐射器结构是不传热的且位于工件的 外周边缘的紧下方。如这些图中所示，如果试图辐射工件的底部表面，这样 的结构将会？ 1入有问题的屏蔽。本专利技术试图解决上述困难和关注的问题，同时还提供其他的优点。
技术实现思路
描述了一种用于执行至少一个工件的热处理的设备以及相关的方法。该 工件具有由外周边缘围绕的相对的第一和第二主要表面，该外周边缘限定了 工件的直径，以致该第一和第二相对表面与该外周边缘协作以限定外周边缘 区域。在本专利技术的一个方面中，该工件被容纳在处理室的室内部。加热装置 与所述室内部热连通且与所述第一主要表面成面对面关系用于发射照射能， 以致照射能的第 一部分直接入射到工件的第 一主要表面而照射能的第二部 分至少最初如此指向，以致于该第二部分将不能抵达该第一主要表面。反射器被支撑在所述室内部，具有至少大致的环形结构由此限定具有一开口宽度 的中央开口，用于任何给定的测量，该开口大于所述工件的直径，且所述反 射器被布置为至少大致与所述外周边缘成同心关系且被构造为用于反射至 少所述照射能的第二部分的一些到所述工件的外侧周边区域。在本专利技术的另 一方面，描述了 一种用于至少一个大致平坦工件的热处理 的设备以及相关的方法，该工件具有由外周边缘围绕的相对的第一和第二主 要表面，以致该第 一和第二相对表面与该外周边缘协作以限定外周边缘区 域。该工件被容纳在由处理室限定的室内部。加热装置与所述室内部热连通 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于至少一个晶片状工件的热处理的方法，该工件具有由外周边缘围绕的相对的第一和第二主要表面，该外周边缘限定了工件的直径，以致该第一和第二相对表面与该外周边缘协作以限定外周边缘区域，所述方法包括：将工件移动到由处理室限定的室内部中；使用加热装置用于发射照射能，该加热装置与所述室内部热连通且与所述第一主要表面成面对面关系，以致照射能的第一部分直接入射到工件的所述第一主要表面而照射能的第二部分至少最初如此指向，以致于该第二部分将不能抵达该第一主要表面；以及使用反射器反射所述照射能的所述第二部分的至少一些到所述工件的外侧周边区域，该反射器支撑在所述室内部，具有至少大致环形结构由此限定具有一开口宽度的中央开口，用于任何给定的测量，该开口大于所述工件的直径，且所述反射器被布置为至少大致与所述外周边缘成同心关系。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-9-17 11/228,9641. 一种用于至少一个晶片状工件的热处理的方法，该工件具有由外周边缘围绕的相对的第一和第二主要表面，该外周边缘限定了工件的直径，以致该第一和第二相对表面与该外周边缘协作以限定外周边缘区域，所述方法包括将工件移动到由处理室限定的室内部中；使用加热装置用于发射照射能，该加热装置与所述室内部热连通且与所述第一主要表面成面对面关系，以致照射能的第一部分直接入射到工件的所述第一主要表面而照射能的第二部分至少最初如此指向，以致于该第二部分将不能抵达该第一主要表面；以及使用反射器反射所述照射能的所述第二部分的至少一些到所述工件的外侧周边区域，该反射器支撑在所述室内部，具有至少大致环形结构由此限定具有一开口宽度的中央开口，用于任何给定的测量，该开口大于所述工件的直径，且所述反射器被布置为至少大致与所述外周边缘成同心关系。2. —种用于至少一个通常的平坦工件的热处理的设备，该工件具有由 外周边缘围绕的相对的第一和第二主要表面，以致该第一和第二相对表面与 该外周边缘协同作用以限定外周边缘区域，所述设备包括处理室，限定了用于接收所述工件的室内部；加热装置，与所述室内部热连通且与所述第一主要表面成面对面关系用 于发射照射能,以致照射能的第一部分直接入射到工件的所述第一主要表面 而照射能的第二部分至少最初如此指向，以致于该第二部分将不能抵达该第 一主要表面；以及反射器装置，支撑在所述室内部，具有与所述工件的外周边缘结构互补 的形状以便于限定互补反射器结构，所述反射器装置和所述工件相互支撑， 其方式是以相互隔离关系将互补反射器结构对准所述工件的外周边缘结构， 用于4吏得至少部分所述照射能的第二部分被所述互补反射器结构反射，然后 入射到所述工件的外周边缘区域附近和外周边缘区域上，且至少互补反射器 结构的凸起位于包括第一主要表面的平面之上与所述外周边缘结构互补并 从所述外周边缘结构向外隔开至少 一预定距离。3. —种用于至少一个大致平坦工件的热处理的方法，该工件具有由外周边缘围绕的相对的第 一和第二主要表面，以致该第 一和第二相对表面与该 外周边缘协同作用以限定外周边缘区域，所述方法包括将工件移动到由处理室限定的室内部中；使用加热装置用于发射照射能，该加热装置与所述室内部热连通且与所 述第一主要表面成面对面关系，以致照射能的第一部分直接入射到工件的所 述第一主要表面而照射能的第二部分至少最初如此指向，以致于该第二部分 将不能抵达该第一主要表面；以及使用互补反射器结构反射所述照射能的第二部分的至少部分，随后入射 到所述工件的外周边缘区域附近和外周边缘区域上，该互补反射器结构形成 支撑在所述室内部的反射器的一部分，并构造所述互补反射器结构为具有以 相互隔离关系对准所述工件的外周边缘结构的形状，以致至少互补反射器结 构的凸起位于包括第一主要表面的平面之上与所述外周边缘结构互补并从 所述外周边缘结构向外隔开至少一预定距离。4. 如权利要求3所述的方法，其中所述预定距离为约3mm。5. 如权利要求3所述的方法，包括将所述反射器装置构造为基本限制 照射能的第二部分的反射器吸收，以致可以基本保持反射器装置的预照射温 度，而无需考虑所述照射能的第二部分的入射。6. 如权利要求3所述的方法，其中反射器装置在包括第一主要表面的 所述平面上的凸起与所述外周边缘结构互补并从所述外周边缘结构向外隔 开至少所述预定距离。7. 如权利要求3所述的方法，包括构造所述互补反射器结构，以致所 述互补反射器结构上任意给定位置与所述工件上的最近点之间的距离不超 过约15mm。8. 如权利要求3所述的方法，包括构造所述反射器装置，以致述反射 器装置上任意给定位置与所述工件的最外侧边缘上的最近位置隔开一定距 离，以致在通过所述最外侧边缘上的最近位置且至少大致垂至于所述第一主 要表面的第一线及在反射器装置上给定位置和工件的最外侧边缘上的最近 位置之间限定的第二线之间限定的角度大于约45度。9. 如权利要求8所述的方法，其中所述角度被形成为大于约60度10. 如权利要求3所述的方法，包括构造所述互补反射器结构，以形成 所述反射器装置面向所述工件的仅有的部分。11. 如权利要求3所述的方法，包括构造所述互补反射器结构，使之具 有在其周围相互隔开的多个反射器段用于至少降低入射到工件的外周边缘 区域的照射能的第二部分的所述部分的总强度。12. 如权利要求11所述的方法，包括用反射器装置的切除区域隔开相 邻的所述反射器段，以致照射能的第二部分的一些不受影响地通过该切除区 域。13. 如权利要求3所述的方法，包括用石英板整体地形成所述反射器装置。14. 如权利要求3所述的方法，包括形成包括锥台形形状的所述互补反 射器结构。15. 如权利要求3所述的方法，其中所述工件为至少大致圆形的晶片， 且包括构造所述补偿反射器结构为至少大致的圓形，其中所述互补反射器结 构是具有二阶弯曲的线的回转的表面。16. 如权利要求3所述的方法，包括沿至少通常垂直于所述第一主要表 面的方向移动选定的所述反射器装置和所述工件中的选定的一个，以用于改 变入射到工件的外周边缘区域的所述照射能的第二部分的所述部分。17. 如权利要求16所述的方法，包括使得所述反射器装置与所述移动 协同作用，以致所述照射能的第二部分入射到外周边缘区域的外周带上，该 外周带具有响应所述移动而变化的照射宽度。18. 如权利要求17所述的方法，包括使用反射器促动器机构移动反射 器装置以改变照射能的第二部分的所述部分。19. 如权利要求18所述的方法，包括将所述反射器促动器机构定位到 所述室内部，反射器装置附近。20. 如权利要求19所述的方法，包括使用作为所述加热装置的一部分 的脉冲能量源，与所述工件的第二主要表面成面对面关系，用于与在预热时 间间隔内使用所述照射能加热所述第一主要表面协同作用，而发射脉冲能量 以闪速加热模式基本瞬时地加热第二主要表面，该预热时间间隔具有提供用 于使用所述移动来改变在预热时间间隔内入射到所述外周边缘区域的照射 能的第二部分的所述部分的至少 一个特性。21. 如权利要求20所述的方法，其中所述一个特性是入射到所述外周 边缘上的照射能的第二部分的所述部分的宽度。22. 如权利要求20所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴夫卡姆，迈克克拉斯尼克，米登巴巴洛维克，瑟吉德茨，史蒂夫麦科伊，
申请(专利权)人：马特森技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]