專利名稱：具有受熱蓋的熱處理設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱處理設備，特別是在微電子裝置生產(chǎn)中應用的熱處理設備，它屬于這樣的類型，即包含受熱托板，置于其上的工件被熱處理。更具體地講，本發(fā)明涉及這樣的一些設備，它們包含受熱托板和附加熱源。
發(fā)明的背景許多產(chǎn)品的生產(chǎn)要求對溫度和溫度變化加以精確控制。例如，諸如集成電路、平板顯示器、薄膜磁頭等的微電子裝置的生產(chǎn)，包括將諸如光阻材料的某種材料層涂敷在基片(諸如集成電路中的半導體晶片)的表面上。特別是，處理期間，光阻材料必須烘烤，然后淬冷以固化或硬化光阻材料的被選部分。烘烤和淬冷步驟必須精確地控制在嚴格的溫度范圍，以確保光阻材料的被選部分能以良好的分辨率適當?shù)毓袒?。涉及嚴格溫度控制的其它產(chǎn)品和處理包括如藥品制備、器械消毒和生物工程的醫(yī)藥產(chǎn)品和處理；加速生命試驗方法學；注射模壓作業(yè)；壓電裝置；膠卷處理；材料沉積處理，諸如濺射和噴涂處理；微機械生產(chǎn)；噴墨打?。蝗剂弦涞?。
烘烤通常涉及將工件加熱至特定升高的平衡溫度，然后將工件在具體的平衡溫度下保持一定的時間周期。
通常，熱處理通過將晶片放置在也稱為烘烤板的受熱托板上完成。受熱托板安置在封閉容器內(nèi)，從而熱處理發(fā)生于與四周隔離的保護環(huán)境中。十分重要的是，熱處理在晶片的整個表面面積上應盡可能的均勻。晶片表面面積上太大的溫度變化會有害地沖擊被烘烤的光阻材料的性能，從而有害地沖擊最終裝置的質(zhì)量。
熱均勻性可以不同方法加以定量。一個適當?shù)拇胧┥婕笆紫雀鶕?jù)具體情況在晶片或托板的整個表面的多個代表性點上測量晶片或支承晶片的受熱托板的表面溫度。然后可按最高與最低測量溫度間的差來計算熱均勻性。常用的規(guī)范可能要求例如此溫度變化不大于攝氏度的幾分之一。由于受到日益增長的小型化強烈要求的推動，微電子裝置日趨變小，溫度均勻性規(guī)范也越來越變得更嚴格。因此，持續(xù)要求更進一步改進熱均勻性。
通常，已在熱處理設備中加入了多個特征以加強熱均勻性。一個措施涉及改進受熱托板及其相關部件的結(jié)構(gòu)和/或特征。另一措施涉及改進用于監(jiān)視和/或調(diào)節(jié)托板溫度的溫度傳感器和控制系統(tǒng)。又另一措施涉及加強熱處理設備的殼體和其它部件的熱絕緣特性，以便幫助處理腔與四周進行熱隔離。
所有這些用于改進熱均勻性的措施都是有益的，然而仍繼續(xù)要求有更好的熱均勻性性能。
在過去，加熱裝置層壓在熱處理設備殼體的外側(cè)頂表面上，例如殼體的蓋上，以便加熱殼體，阻止處理蒸汽冷凝在處理腔的內(nèi)表面上。例如，F(xiàn)SI International，In.銷售一種與其POLARIS系統(tǒng)的工具組合有關的具有受熱蓋的熱處理設備。但是，用于加熱蓋的加熱裝置是平面的，受熱薄層層疊在蓋的外表面上。此外，蓋結(jié)構(gòu)包括被環(huán)結(jié)構(gòu)隔開的四個相對平面板的交替系列。這在實際上限定蓋結(jié)構(gòu)具有三個重疊的充氣層，它們至少在蓋頂部上加熱器表面與蓋之下的處理腔的整個表面面積之間構(gòu)成順序的三個空氣間隙。因此，為將熱能從加熱器表面均勻地傳導至加熱器之下的處理腔，這種特定的蓋結(jié)構(gòu)只能提供，如果有的話，非常少的直接固體通路。能將熱能從加熱器傳導至處理腔的僅有的直接固體路徑是設置在加熱裝置外周邊邊緣鄰近的殼體外側(cè)壁。此外，加熱裝置被用于阻止蒸汽在處理腔內(nèi)側(cè)的冷凝，而不是用于加強在處理腔內(nèi)被處理的晶片的熱均勻性。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明提供的方法和設備能改進在受熱托板上處理的晶片的溫度均勻性。本發(fā)明基于將受熱托板封閉在殼體內(nèi)，殼體包含附加的熱源，它均勻地將熱能輸入受熱托板所放置的處理腔中。在優(yōu)選實施例中，此熱源放置在殼體的蓋中。附加的優(yōu)越性還在于，受熱蓋包括這樣的特征，它們形成將氣體引入處理腔和/或從處理腔排出的氣體流動通路。就光阻材料的性能而論，由于在殼體內(nèi)，如蓋內(nèi)應用這樣的附加熱源，其形成的改進的熱均勻性提供橫越晶片的改進的線寬度控制和線均勻性。
在本發(fā)明的一個方面中，熱處理設備包括封閉的處理腔和附加封閉腔。受熱托板能放置在封閉的處理腔內(nèi)，并通常具有一個表面，熱處理期間，工件放置在其上。附加熱源能放置在附加封閉腔內(nèi)，以便與處理腔進行熱傳導接觸。
在本發(fā)明的另一方面中，熱處理設備包括殼體，殼體包含受熱蓋組合件和底殼體組合件，它可關閉地嚙合受熱蓋組合件。受熱蓋組合件包括放置在蓋腔體內(nèi)的熱源。熱源通常具有加熱器表面，并能以這樣的方式放置在蓋腔體內(nèi)，以致加熱器表面與處理腔處于熱接觸中。殼體內(nèi)的處理腔通常至少部分由受熱蓋組合件和底殼體組合件限定。受熱托板能放置在處理腔內(nèi)，熱處理期間，工件能支承在受熱托板上。
在本發(fā)明的又另一方面中，熱處理設備包括受熱蓋組合件、底殼體組合件、處理腔、入口壓力通風系統(tǒng)和排氣壓力通風系統(tǒng)。受熱蓋組合件疊加在底殼體組合件上，而處理腔通常至少部分由底殼體組合件限定。至少在受熱蓋組合件內(nèi)的部分入口和排氣壓力通風系統(tǒng)能包括氣體流動通路，它與處理腔進行流體交流。入口和排氣壓力通風系統(tǒng)中至少有一個具有多個徑向流動通道。在一個實施例中，徑向流動通道的尺寸以這樣的方式相互不同，以致加強了從受熱蓋組合件至處理腔的熱能傳輸均勻性特征。
較好的是，當熱源放置在本發(fā)明的熱處理設備的蓋腔體內(nèi)時，腔體具有在熱源的頂表面之上的預留空間。
在本發(fā)明的又另一方面中，提出了一種用于在熱處理期間改進工件熱均勻性的方法，方法包括的步驟有1)設置具有第一加熱表面的第一熱源；2)設置具有第二加熱表面的第二熱源，其特征在于，第一和第二加熱表面是相互相對的；以及3)至少在部分熱處理期間，將工件放置在第一和第二相對的加熱表面之間。
附圖簡述本發(fā)明的上述和其它優(yōu)越性，以及達到它們的方法通過參考本發(fā)明實施例的下述說明，并結(jié)合附圖將變得更為明顯，對發(fā)明本身也將了解得更清楚，其中

圖1是本發(fā)明熱處理設備的透視圖，其中加熱組件處于封閉結(jié)構(gòu)中；圖2是圖1中熱處理設備的分解透視圖，它更清楚地展示用于形成受熱蓋組合件的部件；圖3是用于圖1熱處理設備中的受熱蓋組合件的分解透視圖；圖4是圖3中受熱蓋組合件應用的中間構(gòu)件的平面頂視圖；圖5是圖1中熱處理設備應用的加熱組件的示意橫截面圖，它更清楚地展示氣體通過受熱蓋組合件和處理腔的流動；而圖6是一張表示當受熱蓋組合件被主動加熱時，本發(fā)明的熱處理設備的改進的熱均勻性圖表。
現(xiàn)優(yōu)選實施例的詳細說明下述本發(fā)明實施例并不企圖是詳盡無遺的，或?qū)⒈景l(fā)明限制于以下詳細說明中披露的精確形式。相反，選擇和說明了這樣一些實施例，從而本技術的其它技術人士可正確評價和理解本發(fā)明的原理和實踐。
本發(fā)明的原理可加入至大量不同類型的加熱組件中，如希望此類組件能在微電子裝置生產(chǎn)的一個或多個步驟中均勻地熱處理一件或多件微電子工件的話。例如，本發(fā)明的原理可容易地加入至任何類型的蒸濺設備或烘烤設備中，用于在工件上形成帶圖形的或不帶圖形的光阻材料層。
為展示目的，本發(fā)明將以圖1至5所示的優(yōu)選熱處理設備10為例加以進一步說明。設備10及其加熱組件12的優(yōu)點在于其尺寸能處理大量不同尺寸范圍的微電子工件，包括那些形成在200mm和300mm半導體晶片基底上的工件。所示的設備10支承在支承板16上，它包括滑塊18，這些滑塊18便于將設備10模塊式安裝至生產(chǎn)微電子裝置應用的組合工具的組合式柜中，諸如從FSI International，Inc.，Chaska，MN和Allen，TX可買到的POLARIS2500或POLARIS3000系列的組合工具。雖然可方便地在這些組合工具中作為設備加以應用，但是，設備10也可用作獨立應用系統(tǒng)，其中設備10及任選的支承板16和滑塊18支承并裝在適當?shù)臍んw(未表示)內(nèi)。
除加熱組件12本身和滑塊18外，附加的專用的設備組成部分也支承在支承板16上。此組成部分包括，例如，提升馬達20和相應的齒輪箱22，它們被用于在處理期間打開和關閉加熱組件12，以進行加載、卸載、標定、運行等。還設置了專用的電子儀器26。這些電子儀器26既包括硬件也包括軟件部件。包括在目前商業(yè)可買到的POLARIS牌工具組合中的蒸濺和烘烤設備的專用的設備組成部分是可用于設備10中的此類支承組成部分的代表。加入至設備10中的設備組成部分包括管道組合件28或類似物，它幫助控制被設備10應用的真空、處理氣體及處理蒸汽的供應和/或去除。
加熱組件12具有由底殼體組合件32和受熱蓋組合件46形成的殼體31。至少部分由底殼體組合件32和受熱蓋組合件46限定的內(nèi)側(cè)體積確定處理腔34。殼體31具有開口結(jié)構(gòu)(未表示)和封閉結(jié)構(gòu)(如在圖1和5中最佳地所示)。在封閉結(jié)構(gòu)中，底殼體組合件32的邊緣36嚙合受熱蓋組合件46的邊緣47，以形成密封件，它將處理腔34與四周環(huán)境相隔絕。為幫助增大此環(huán)境密封件，受熱蓋組合件46向下偏移以加強邊緣36與47之間的嚙合。在開口結(jié)構(gòu)中，底殼體組合件32與受熱蓋組合件46分離得足夠開，以設置出入處理腔34的出入口。
任何合適的組成部分都可應用于打開和關閉殼體31，如需要的話。為展示目的，底殼體組合件32與受熱蓋組合件46之間的相對運動由提升馬達20和齒輪箱22提供，它們由適當?shù)尿?qū)動機構(gòu)(未表示)，如驅(qū)動鏈、驅(qū)動皮帶等連接至提升機構(gòu)24。為關閉殼體31，提升馬達20、齒輪箱22以及驅(qū)動機構(gòu)被用于驅(qū)動提升機構(gòu)24，以便升高底殼體組合件32，從而邊緣36嚙合邊緣47。為打開殼體31，提升馬達20、齒輪箱22以及驅(qū)動機構(gòu)被用于驅(qū)動提升機構(gòu)24，以便降低底殼體組合件32，從而邊緣36和邊緣47分得足夠開，以設置要求的進入處理腔34的出口。
受熱托板38放置在處理腔34的內(nèi)側(cè)。處理期間晶片33以這樣的方式支承在受熱托板38上，以便來自受熱托板38的熱能有效地傳遞給晶片33。受熱托板38包括通常的提升針通道42，當?shù)讱んw組合件32下降(即殼體31被打開)時，晶片提升針43通過它們而突出。當?shù)讱んw組合件32升高(即殼體31被關閉)時，提升針43撤回進入提升針通道42。
疙瘩44(也稱為貼近針)設置在受熱托板38的頂表面39上，從而在晶片33的下側(cè)45與受熱托板38的頂表面39之間有一個小間隙41。間隙41幫助減少晶片33的下側(cè)45上的污染，不然的話，如果在晶片33與受熱托板38之間是全部表面接觸，則可能發(fā)生污染。然而，間隙41是足夠的小，從而晶片33仍與受熱托板38處于熱接觸之中。處理腔34內(nèi)，在晶片33與受熱蓋組合件46之間有一個預留空間40。來自受熱蓋組合件46的熱能一般由受熱蓋組合件46通過蓋組合件結(jié)構(gòu)傳導進入此預留空間40，對蓋組合件結(jié)構(gòu)將在下文加以更詳細的說明。
本發(fā)明的受熱蓋組合件46的一個優(yōu)選實施例，如圖1至5所示，至少包含兩個功能層。代表性實施例中所示的這些層是上層48和下層50，雖然這兩個層的相對定位可按要求互換和/或部分或全部綜合。上層48最好安裝有一或多臺適當?shù)臒嵩?，諸如已加熱的氣體和/或加熱器裝置，而下層50安裝有入口和排氣通路，通過它們一種或多種處理氣體在處理期間可共同或單獨地輸送進、出處理腔34。下層50還包括固體結(jié)構(gòu)，它幫助將熱能從熱源直接傳導至處理腔34中的預留空間40。這些固體結(jié)構(gòu)還起著有助于限定下層50內(nèi)的腔和通道的輔助作用，通過它們一種或多種處理氣體可在處理運行期間加以輸送。
更詳細地說，受熱蓋組合件46的蓋構(gòu)件52包括周邊側(cè)壁54，它從面板56向下伸展。輔助周邊蓋結(jié)構(gòu)57從周邊側(cè)壁54向外伸展，以便與軌跡相配合，從而套在受熱蓋組合件46的其它相應結(jié)構(gòu)上。蓋構(gòu)件52包括緊固件孔55，蓋構(gòu)件52通過它們緊固至受熱蓋組合件46的其它組成部分上。
受熱蓋組合件46的中間蓋構(gòu)件58具有上突的周邊法蘭60，它定位在具有上表面64和下表面66的面板62上。上表面64凹入在周邊法蘭60內(nèi)。形狀為平面的、電阻性的疊層加熱裝置68的熱源，其尺寸選擇成裝配在周邊法蘭60內(nèi)側(cè)的上表面64上。加熱裝置68的面積可按要求小一些或大一些，但最好基本與周邊法蘭60之內(nèi)凹入的上表面64的面積尺寸一樣的擴展，以提供熱能從加熱裝置68進入處理腔34更為均勻的傳輸(最好主要通過熱傳導)。
加熱裝置68較好地是由一部或多部獨立的加熱裝置形成，但最好設置成一種形式，它至少基本從加熱裝置68的整個下表面72輸出可控的均勻熱能。在一些實施例中，加熱裝置68可包括包含兩個或多個獨立的可控加熱區(qū)域。在這些實施例中，較好的是每一個區(qū)域的熱輸出是均勻和可控的，且至少基本從區(qū)域的下表面的整個表面面積輸出。一種較好的加熱裝置68包含一或多片夾在聚酰亞胺絕緣層之間的經(jīng)蝕刻的金屬箔。電能可通過導線156傳輸至加熱裝置68和從其輸出，導線156在接片69處通過接頭158而進、出加熱裝置68。加熱裝置68可應用任何適當?shù)拇胧?，包括機械緊固件、粘接劑、它們的組合等緊固至底蓋構(gòu)件80上。將加熱裝置68緊固至底蓋構(gòu)件80上可在加熱裝置68與底蓋構(gòu)件80之間實現(xiàn)良好的熱傳導。為展示目的，加熱裝置68包括機械緊固件74，加熱裝置68通過它們緊固至底蓋構(gòu)件80上。
在加熱裝置68的上表面70與蓋構(gòu)件52的面板56之間有一個預留空間78。此預留空間78幫助將加熱裝置68與面板56，因而與外界絕緣地隔開。從而造成加熱裝置68的熱輸出更均勻、一致和可控。此外，預留空間78形成一個腔，氣體可通過凹入的壁部分84而進入。氣體從處理腔34通過凹入的壁部分84進入預留空間78的這種邊緣通風可用于控制加熱裝置68的溫度均勻性。
在實際作用中，加熱裝置68安裝在其自己的腔中，以表面64作為腔的底面，面板56作為腔的天花板，而側(cè)壁54形成腔壁。中間蓋構(gòu)件58的周邊法蘭60包含多個孔，中間蓋構(gòu)件58可通過它們應用適當?shù)臋C械緊固件76緊固至受熱蓋組合件46的其它組成部分。如圖所示，周邊法蘭60通過這些緊固件76緊固至底蓋構(gòu)件80上，從而形成法蘭60與底蓋構(gòu)件80之間良好的熱接觸。
底蓋構(gòu)件80包含上突的周邊法蘭82，它具有頂表面85，并定位在面板90的上表面92上。面板90也具有底表面94，它形成處理腔34的一個邊界。周邊法蘭82的側(cè)壁83具有凹入的壁部分84，它們限定突出的壁部分86。突出的壁部分86具有安裝表面88，當組裝受熱蓋組合件46的部件時，蓋構(gòu)件52的周邊側(cè)壁54連接至其上。因此，側(cè)壁54與凹入的壁部分84相隔開。形成的間隙可幫助將側(cè)壁54和面板56的相應部分與上、下層48和50的內(nèi)側(cè)熱隔絕，這轉(zhuǎn)而又有助于上、下層48和50的內(nèi)側(cè)與外界進行熱隔絕。從而形成受熱蓋組合件46內(nèi)側(cè)的加熱更均勻、一致和可控。
除了周邊法蘭82外，在面板90的上表面92上還設置了附加的上突特征。這些上突特征包括位于面板90中心區(qū)域的大致為環(huán)形的壁96。環(huán)形壁96具有間隙97，它起著入口的作用，用于輸送環(huán)形壁96內(nèi)側(cè)的氣體，對此下文將進一步說明。環(huán)形壁96具有頂表面98。徑向壁100以間隔開的形式從間隙97向外伸展至周邊法蘭82?？?12設置在面板90中徑向壁100的外端部之間。如下所述，在運行的一個優(yōu)選模式中，孔112用作入口，處理氣體可通過它從一個或多個外部氣體源吸入受熱蓋組合件46中。
徑向壁101大致徑向地從各自的內(nèi)端部102伸展至各自的外端部104。內(nèi)端部102總體與環(huán)形壁96相隔開，而外端部104則與周邊法蘭82相隔開。
徑向壁103以間隔開的形式從內(nèi)端部105徑向地向外伸展，并與周邊法蘭82相連接?？?14設置在面板90中徑向壁103的外端部之間。如下文說明的，在運行的一個優(yōu)選模式中，孔114用作出口，處理氣體可通過它從受熱蓋組合件46和從加熱組件12排出，用于收集、再循環(huán)、排掉、進一步處理等。
多個孔108形成于面板90中環(huán)形壁96內(nèi)的中心區(qū)域中。為展示目的，孔108布置在圍繞面板90中心的多個同心圓組上。當然，此特定布置是優(yōu)選的，但一個或多個孔的任何圖案如要求的話，都可用于同一或相似的目的。總的說來，在運行的一個優(yōu)選模式中，孔108起噴頭樣裝置的作用，處理氣體通過它們從受熱蓋組合件46的內(nèi)側(cè)輸送至受熱蓋組合件46之下的處理腔34中。同樣，多個孔110圍繞面板90的周邊、鄰近周邊法蘭82而形成?？偟恼f來，在運行的一個優(yōu)選模式中，這些孔110形成端口，處理氣體通過它們從處理腔34退入受熱蓋組合件46中。
徑向壁100、101和103具有各自的頂表面106。當中間蓋構(gòu)件58緊固至底蓋構(gòu)件80上時，這些頂表面106以及頂表面85和98密封地支撐著面板62的下表面66。因此，這些上突特征之間的凹入?yún)^(qū)域能起入口壓力通風系統(tǒng)116和排氣壓力通風系統(tǒng)130的通道和腔的作用。入口壓力通風系統(tǒng)116提供腔和通道，通過它們一種或多種處理氣體從一個或多個外部源引入受熱蓋組合件46，然后輸送至處理腔34中，排氣壓力通風系統(tǒng)130提供腔和通道，處理氣體通過它們從處理腔34退回至受熱蓋組合件46中。
更詳細地說，入口壓力通風系統(tǒng)包括孔112，一種或多種處理氣體可通過它從一個或多個外部源輸入受熱蓋組合件46，然后輸送至處理腔34中。適當?shù)墓艿?、管線或其它適當?shù)墓苈饭こ?未示于圖1-5中)可通過諸如接頭120的裝置連接至孔112?？?12開口進入周邊入口腔122。從入口腔122供應的氣體沿著徑向入口通道124傳輸至中心入口腔126。然后氣體通過孔108從中心入口腔126排出。供應的氣體(多種氣體)可按選擇置于適當?shù)膲毫ο?，以促進氣體以此形式通過入口壓力通風系統(tǒng)116的輸送。如由圖5可最佳地看到，氣體進入處理腔34，大致朝著晶片33的中心區(qū)域向下流動。然后氣體大致徑向、對稱地向外流向處理腔34的周邊。鄰近處理腔34的周邊，氣體從處理腔34退入排氣壓力通風系統(tǒng)130。按不同選擇，可向排氣壓力通風系統(tǒng)130施加真空以促進氣體通過系統(tǒng)130的流動。
再一次總體參看圖1至5，排氣壓力通風系統(tǒng)130包括排氣壓力通風入口110，一種或多種處理氣體可通過它們從處理腔34進入受熱蓋組合件46。這些入口110設置于底蓋構(gòu)件80的外周邊的鄰近，從而將排出氣體引入外排氣壓力通風腔132，它們也設置在底蓋構(gòu)件80的外周邊的鄰近。從外排氣壓力通風腔132，排放的氣體沿著多個徑向排氣通道136輸送進入內(nèi)、環(huán)形排氣腔142。每條徑向通道136具有各自的鄰近外排氣壓力通風腔132的入口138以及各自的鄰近內(nèi)、環(huán)形排氣腔142的出口140。最好，每一入口138的橫截面面積大于其對應出口140的橫截面面積。也即，每條通道136都從入口向出口逐漸縮小。
徑向排氣通道144將排出氣體從內(nèi)、環(huán)形排氣腔142輸送至出口腔146，由此排出氣體通過孔114從加熱組件12排出。孔114可通過諸如接頭150的適當裝置連接至適當?shù)墓艿?、管線或其它管路工程。
按選擇，可施加諸如真空的適當?shù)耐苿恿?，以便有助于運輸排出氣體通過排氣壓力通風系統(tǒng)130。當為此施加了真空時，已觀察到，最靠近徑向排氣通道144(它本身較靠近下游的真空源)的徑向排氣通道136趨于經(jīng)受最強的真空。因此，如果在此情況下，所有出口140的橫截面面積相等，則排出氣體通過離通道144較近的通道136的體積流量將趨于大于通過較遠的通道136的體積流量。這種流量不對稱將沖擊從受熱蓋組合件146傳輸至處理腔34，因而也就是晶片33的熱能的均勻性。
因此，為有助于加強熱均勻性，較好的是，如果通道136的橫截面面積按要求而變化，從而排出氣體通過通道136的體積流量按實際要求達到均勻。通常，為獲得通過通道136的更對稱的流量，已發(fā)現(xiàn)，離通道144較遠的出口140應大于離通道144較近的出口140。
諸如半導體溫度計152的一個或多個溫度傳感器可用于監(jiān)視受熱蓋組合件46的溫度。這樣的溫度傳感器(多個傳感器)可連接至適當?shù)目刂葡到y(tǒng)，以助于控制加熱裝置68在要求的設定點溫度等的輸出。已發(fā)現(xiàn)PID反饋和/或反饋控制適于此目的。狹縫154可方便地設置通向通道(未表示)的口，半導體溫度計152安裝于其中。已發(fā)現(xiàn)，當插入、取走和/或運行半導體溫度計152時，狹縫154是有用的。
處理設備10的各種部件，特別是殼體31的部件可由任何合適的耐溫材料制成，包括金屬(金屬本身、金屬間化合物、合金等)、聚合物材料、陶瓷、這些材料的組合等。熱處理組件12本身的殼體部件最好由金屬材料制成，諸如鋁、鋁合金、不銹鋼，以及它們的組合等。更合適的是，每件要焊接至另一部件的部件，如果有的話，應是相兼容的金屬，以便于這樣的焊接。結(jié)果形成熱和機械均堅固的結(jié)構(gòu)。當然，對其它的申請，其它材料可能是適當?shù)模渌B接技術可加以利用。例如，對在處理溫度足夠低的處理中可應用聚合材料，并可用粘接劑連接部件。諸如螺絲、螺栓、鉚釘?shù)鹊臋C械緊固件也可應用。
受熱托板38與受熱蓋組合件46之間的溫度相對差可沖擊晶片33經(jīng)受的處理溫度的控制的簡易度和精確度。具體講，在某些實踐模式中，已觀察到如果受熱蓋組合件46相對受熱托板38太熱的話，則處理溫度的控制將更困難。在實際效果中，相信“熱串話干擾”將發(fā)生于蓋組合件46與受熱托板38之間。如果這樣的熱串話干擾因被例如托板和/或蓋溫度的較低的控制精度證實而觀察到，則串話干擾一般可通過降低受熱蓋組合件46相對受熱托板38溫度的設定點溫度而減輕。為避免或減輕這樣的串話干擾，較好的是，受熱蓋組合件46的溫度應維持在低于受熱托板38的溫度約1℃至約50℃，更好的是約5℃至約20℃，最好的是約10℃。
為了本發(fā)明的目的，將認為受熱蓋組合件46的溫度是面板90的溫度，如果溫度傳感器是通過與面板90的直接體接觸測量溫度的。這樣，參看圖3，半導體溫度計152與面板90進行直接體接觸，從而輸出受熱蓋組合件46的溫度的指示性信號。
受熱蓋組合件46，特別是壓力通風系統(tǒng)116和130的設計實現(xiàn)多個性能目的。首先，它使一種或多種處理氣體得以在處理腔34中建立徑向流動。這示意地示于圖5中。氣體在晶片33表面之上的對稱、徑向流動可用于促進氣體基本橫越整個晶片33的頂表面對晶片33的均勻氣體清洗處理。
其次，入口和排出氣體在受熱蓋組合件46內(nèi)的流動一般分別是相當對稱的。此外，基本為固體的通路用于進行從加熱裝置68向下朝著處理腔34的熱傳導，它們在受熱蓋組合件46內(nèi)，以及在面板62的整個表面面積之上被設置成基本是對稱和均勻的。氣體流動和熱傳導通路的對稱有助于加強從加熱裝置68傳輸至處理腔34中熱能的均勻性。令人驚奇的是，均勻地受熱的蓋將急劇地加強在處理腔34內(nèi)加熱的晶片的熱處理。
例如，圖6展示了在烘烤平板蓋具有和不具有主動加熱的兩種情況下測得的受熱托板熱均勻性的數(shù)據(jù)。應用了如圖1至5所示結(jié)構(gòu)的設備。在一個實驗中，受熱托板的溫度范圍是在加給受熱蓋的功率切斷時(即蓋只是由來自受熱托板38的熱能被動地加熱)，作為托板設置點溫度的函數(shù)進行測量的。在另一實驗中，受熱托板的溫度范圍也是作為托板設置點溫度的函數(shù)進行測量，但受熱蓋是在低于受熱托板設置點溫度10℃的設置點溫度下進行運行(即蓋由來自位于受熱蓋組合件46內(nèi)的加熱裝置的熱能主動地加熱)。圖6的數(shù)據(jù)表明，在任何給定的托板設置點溫度下，當蓋被主動加熱時，托板溫度至少要更均勻25％。
本發(fā)明的其它實施例對本說明書所考慮技術的，或來自披露于本文的本發(fā)明實際的那些技術人士而言是顯然的。對披露于此的原理和實施例，本技術的技術人士均可進行各種省略、修正和改變，只要不偏離由下述權(quán)利要求表明的真實的發(fā)明范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種熱處理設備，用于熱處理工件，設備包括封閉的處理腔，在其中放置著受熱托板，受熱托板具有表面，工件在熱處理期間放置在其上面；和附加的封閉腔，在其中放置著附加熱源，附加熱源與處理腔處于熱傳導接觸之中。
2.如權(quán)利要求1所述的熱處理設備，還包括蓋組合件，該蓋組合件包括第一層，該第一層包括附加的封閉腔；和第二層，該第二層包括至少部分入口壓力通風系統(tǒng)，氣體通過它輸入處理腔中，以及至少部分排氣壓力通風系統(tǒng)，氣體通過它從處理腔中排出。
3.如權(quán)利要求2所述的熱處理設備，其特征在于，入口和排氣壓力通風系統(tǒng)中至少有一個包括多個徑向流動通道。
4.如權(quán)利要求3所述的熱處理設備，其特征在于，入口壓力通風系統(tǒng)包括多個徑向流動通道。
5.如權(quán)利要求3所述的熱處理設備，其特征在于，第二層放置在第一層與封閉的處理腔之間，其特征還在于，徑向流動通道的尺寸按以下方式而相互不同，即熱能從附加熱源至封閉的處理腔的傳輸均勻性特征能得到加強。
6.如權(quán)利要求1所述的熱處理設備，還包括蓋組合件，該蓋組合件包括附加封閉腔，其特征在于，放置在附加封閉腔內(nèi)的附加熱源包括平面加熱裝置，其特征還在于，附加封閉腔還包括位于平面加熱裝置頂表面之上的預留空間。
7.如權(quán)利要求6所述的熱處理設備，其特征在于，平面加熱裝置鄰近附加封閉腔的底面。
8.如權(quán)利要求1所述的熱處理設備，還包括蓋組合件，該蓋組合件包括上層，該上層包括附加封閉腔，其特征在于，附加熱源熱耦合至附加封閉腔的底面；和下層，該下層包括一或多面壁，它們有助于將附加熱源熱耦合至封閉處理腔。
9.如權(quán)利要求1所述的熱處理設備，還包括蓋組合件，其特征在于，蓋組合件包括附加封閉腔，在其中放置著附加熱源。
10.如權(quán)利要求9所述的熱處理設備，其特征在于，附加熱源與封閉處理腔相隔開。
11.如權(quán)利要求10所述的熱處理設備，其特征在于，附加熱源通過多個徑向壁熱耦合至封閉處理腔。
12.如權(quán)利要求1所述的熱處理設備，其特征在于，附加熱源的加熱表面與受熱托板表面相對。
13.一種熱處理設備，用于熱處理工件，設備包括殼體，該殼體包括受熱蓋組合件和底殼體組合件，它可關閉地嚙合受熱蓋組合件；處理腔，它位于殼體之內(nèi)，并至少部分由受熱蓋組合件和底殼體組合件限定；蓋腔體，它位于受熱蓋組合件之內(nèi)；熱源，它具有加熱器表面，熱源按這樣的方式放置在蓋組合件之內(nèi)，以使加熱器表面位于與處理腔的熱接觸中；以及受熱托板，它位于處理腔之內(nèi)，熱處理期間，工件支承在受熱托板上。
14.如權(quán)利要求13所述的熱處理設備，其特征在于，受熱蓋組合板還包括第一層，它包括蓋腔體；以及第二層，它位于第一層與處理腔之間，該第二層包括至少部分入口壓力通風系統(tǒng)和至少部分排氣壓力通風系統(tǒng)。
15.如權(quán)利要求13所述的熱處理設備，其特征在于，受熱蓋組合件還包括上層，它包括蓋腔體，其特征在于，放置在蓋腔體內(nèi)的熱源熱耦合至蓋腔體的底面；以及下層，它包括一或多面壁，有助于將上層熱耦合至處理腔。
16.如權(quán)利要求13所述的熱處理設備，其特征在于，熱源與處理腔相隔開。
17.如權(quán)利要求16所述的熱處理設備，其特征在于，熱源通過多個徑向壁熱耦合至處理腔。
18.一種熱處理設備，用于熱處理工件，設備包括受熱蓋組合件，它放在底殼體組合件之上；處理腔，它至少部分由底殼體組合件限定；至少部分位于受熱蓋組合件內(nèi)的入口壓力通風系統(tǒng)，它包括與處理腔進行流體交流的氣體流動通路；以及至少部分位于受熱蓋組合件內(nèi)的排氣壓力通風系統(tǒng)，它包括與處理腔進行流體交流的氣體流動通路，其特征在于，入口和排氣壓力通風系統(tǒng)中至少有一個包括多個徑向流動通道。
19.如權(quán)利要求18所述的熱處理設備，其特征在于，徑向流動通道的尺寸按以下方式而相互不同，即熱能從受熱蓋組合件至處理腔的傳輸均勻性特征能得到加強。
20.如權(quán)利要求18所述的熱處理設備，其特征在于，受熱蓋組合件還包括蓋腔體，它包括熱源，它放置在蓋腔體內(nèi)；以及預留空間，它位于熱源頂表面之上。
21.一種用于在熱處理期間改進工件的熱均勻性的方法，其包括的步驟有設置具有第一加熱表面的第一熱源；設置具有第二加熱表面的第二熱源，其特征在于，第一和第二加熱表面是相互相對的；以及至少在部分熱處理期間，將工件放置在第一和第二相對的熱表面之間。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，至少第一和第二熱源之間的部分空間限定處理腔，且方法還包括的步驟有，在放置工件的步驟之前，設置入口壓力通風系統(tǒng)，它包括與處理腔進行流體交流的氣體流動通路；以及排氣壓力通風系統(tǒng)，它包括與處理腔進行流體交流的氣體流動通路。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，入口和排氣壓力通風系統(tǒng)中至少有一個包括多個徑向流動通道。
全文摘要
用于改進放置在熱處理設備(10)的受熱托板(38)上進行處理的工件(33)的溫度均勻性的方法和設備。受熱托板(38)封閉在殼體(31)內(nèi)，殼體(31)包含附加熱源(68)，它均勻地將熱能輸入受熱托板(38)所放置的處理腔(34)中。在優(yōu)選實施例中，此熱源放置在殼體的蓋(46)中。附加的優(yōu)越性還在于，受熱蓋(46)包括這樣的特征，它們形成將氣體引入處理腔(34)和/或從處理腔(34)排出的氣體流動通路。就光阻材料的性能而論，由于在殼體內(nèi)，如蓋內(nèi)應用這樣的附加熱源，其形成的改進的熱均勻性提供橫越晶片的改進的線寬度控制和線均勻性。
文檔編號H01L21/027GK1682084SQ03821445
公開日2005年10月12日 申請日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月10日
發(fā)明者翁·P·源, 理查德·E·西姆斯, 朱曉光 申請人:Fsi國際公司