РЕАКТОР ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ ИЛИ ВАКУУМЕ

Полезная модель относится к области термической обработки полупроводниковых материалов, предназначенных для изготовления приборов, используемых в микроэлектронике.
Известно устройство для термической обработки полупроводниковых пластин, содержащее размещенные в корпусе отражательный экран с водоохлаждающей рубашкой, источник инфракрасного излучения и систему подачи газа; устройство снабжено расположенной над отражательным экраном прозрачной пластиной с выполненными в ней сквозными наклонными отверстиями, служащими для прохода газа, а источник инфракрасного излучения расположен между отражательным экраном и прозрачной пластиной, SU 443234.
Данное техническое решение имеет ряд недостатков. Прежде всего, следует отметить, что источник инфракрасного излучения находится в корпусе устройства в полости, в которую подается газ. Это не позволяет использовать химически активные газы или газовые смеси в процессе термообработки. Кроме того, наличие сквозных отверстий в прозрачной пластине не позволяет создать вакуум в камере и осуществлять термическую обработку полупроводниковых пластин в вакууме.
Известен реактор для термической обработки полупроводниковых пластин в газовой среде или вакууме, содержащий вакуумную камеру, корпус которой выполнен из кварцевого стекла. Источник инфракрасного излучения представляет собой совокупность галогенных ламп накаливания, размещенных с верхней и нижней сторон корпуса вакуумной камеры вне ее. Внутри корпуса размещено средство поддержки полупроводниковой пластины, US 6051512.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Ввиду интенсивного нагрева корпуса вследствие расположения ламп инфракрасного излучения с двух сторон вакуумной камеры и отсутствия системы охлаждения, температура и время проведения процесса термической обработки полупроводниковых пластин ограничены. В подобных камерах при максимально возможной температуре 1200°С процесс можно проводить не более 30 секунд, в ином случае происходит деградация материала корпуса вакуумной камеры. Тем не менее, во многих случаях необходимо проведение термической обработки полупроводниковых пластин при более высоких температурах (до 1350°С) в течение значительно более продолжительного времени (до 1 часа). Кроме того, в устройстве-прототипе отсутствуют средства для быстрого охлаждения обработанной пластины, что снижает производительность установки.
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение возможности повышения максимальной температуры и продолжительности проведения термической обработки полупроводниковых пластин в условиях газовой среды или вакуума, а также повышение производительности установки.
Согласно полезной модели в реакторе для термической обработки полупроводниковых пластин в газовой среде или вакууме, содержащем вакуумную камеру, источник инфракрасного излучения и средство поддержки полупроводниковой пластины в вакуумной камере, корпус вакуумной камеры выполнен с двойными стенками из металла, пространство между стенками корпуса вакуумной камеры сообщено с источником подачи охлаждающей среды и магистралью ее отвода, в верхней части корпуса вакуумной камеры выполнено окно, которое закрыто пластиной из кварцевого стекла, герметично уплотненной относительно корпуса вакуумной камеры, источник инфракрасного излучения размещен над кварцевой пластиной, при этом в корпусе вакуумной камеры с нижней стороны полупроводниковой пластины установлен отражатель инфракрасного излучения, снабженный системой охлаждения.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «Новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - продольный разрез устройства;
на фиг.2 - вид сверху;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1.
Реактор для термической обработки полупроводниковых пластин 1 содержит вакуумную камеру, включающую корпус 2, выполненный с двойными стенками из металла, в конкретном примере, из нержавеющей стали. Внутренняя поверхность корпуса 2 отполирована и имеет зеркальную поверхность. Пространство 3 между стенками корпуса 2 вакуумной камеры сообщено через штуцер 4 с источником подачи охлаждающей жидкости (не показан), в частности воды, и через штуцер 5 - со сливной магистралью (не показана). В верхней части корпуса 2 вакуумной камеры выполнено окно 6, которое закрыто пластиной 7 из кварцевого стекла толщиной 10 мм, герметично уплотненной относительно корпуса 2 с помощью кольцевого уплотнения 8. Источник инфракрасного излучения размещен над кварцевой пластиной и содержит совокупность галогенных ламп 9 накаливания с вольфрамовой спиралью типа PHILIPS PLUS LINE PRO - 1500W. Полупроводниковая пластина 1 при осуществлении процесса термической обработки расположена на средстве поддержки, содержащем три держателя 10, выполненных из кварцевого стекла и приводимых в движение механизмом 11. В корпусе 2 вакуумной камеры с нижней стороны полупроводниковой пластины 1 установлен отражатель 12 инфракрасного излучения. Отражатель 12 представляет собой полый диск, через который по проточной системе 13 охлаждения проходит охлаждающая среда, в данном примере, вода. Обращенная к полупроводниковой пластине 1 поверхность отражателя 12 выполнена зеркальной. К отражателю 12 снизу герметично пристыкован дополнительный корпус 14 с проточной системой 15 охлаждения, в котором установлен механизм 11 и вводы 16 измерительных приборов (оптических пирометров, на чертеже не показаны). Корпус 2 вакуумной камеры имеет загрузочно-разгрузочное отверстие 17, перекрываемое дверцей 18 с проточной системой 19 водяного охлаждения. Дверца 18 приводится в движение пневмоцилиндрами 20. Откачка воздуха из корпуса 2 вакуумной камеры производится через штуцер 21. В случае проведения процесса в газовой среде после откачки воздуха газ подается в полость корпуса 2 через штуцер 22, установленный в съемной заглушке 23, снабженной проточной системой 24 водяного охлаждения.
Устройство работает следующим образом.
Полупроводниковую пластину 1 загружают в корпус 2 вакуумной камеры через загрузочно-разгрузочное отверстие 17 и устанавливают на держатели 10, после чего отверстие 17 герметично закрывают при помощи дверцы 18, приводимой в движение пневмоцилиндрами 20. Затем из корпуса 2 вакуумной камеры через штуцер 21 откачивают воздух до создания вакуума, в данном примере 5Па, и включают галогенные лампы 9 накаливания. Начинается процесс термической обработки полупроводниковой пластины 1, при этом инфракрасное излучение поступает к пластине 1 как непосредственно от ламп 9, так и с другой стороны от отражателя 12. В пространство 3 между стенками корпуса 2 в процессе термической обработки подают через штуцер 4 охлаждающую жидкость - воду; в полость отражателя 12 подают воду с помощью проточной системы 13 охлаждения отражателя 12; дополнительный корпус 14 охлаждают с помощью проточной системы 15 охлаждения; дверцу 18 охлаждают посредством системы 19 водяного охлаждения, а съемную заглушку 23 - с помощью проточной системы 24 водяного охлаждения.
В процессе термической обработки положение полупроводниковой пластины 1 относительно окна 6 с пластиной 7 из кварцевого стекла регулируют с помощью механизма 11. После окончания процесса лампы 9 выключают, пластину 1 с помощью механизма 11 опускают на охлаждаемый отражатель 12 для ее быстрого охлаждения. После охлаждения пластины 1 дверцу 18 открывают и извлекают пластину 1 через отверстие 17.
При осуществлении процесса в газовой среде после откачки воздуха из корпуса 2 в него через штуцер 22 подают газ, в данном примере азот, и проводят термическую обработку так же, как в вакууме.
Благодаря выполнению корпуса вакуумной камеры с двойными стенками и подаче охлаждающей среды в пространство между ними, а также к другим элементам вакуумной камеры, обеспечивается возможность повышения максимальной температуры (до 1350°С) и продолжительности (до 1 часа) проведения процесса. Благодаря тому, что нагрев пластины снизу осуществляется отражателем (а не лампами накаливания), охлаждаемым с помощью воды и служащим средством для быстрого охлаждения устанавливаемой на нем после завершения процесса пластины, значительно, в несколько раз, сокращается время охлаждения обработанной пластины перед ее извлечением из вакуумной камеры. Это позволяет существенно повысить производительность установки за счет уменьшения общего времени обработки пластины.