专利名称：用于均匀加热基片的腔室的制作方法
技术领域：
本发明的方案通常涉及用于热处理基片的设备和方法。
背景技术：
在平板显示器(FPD)的制造中，薄膜晶体管(TFT)、液晶单元金属内连线以及其它特征结构是通过沉积及从玻璃基片除去多层的导体、半导体和介电材料而形成的。所形成的各种特征结构被集成为一个系统，共同用于形成例如有源矩阵显示荧光屏，其中在FPD上的各个像素中以电子方式产生显示状态。用于产生FPD的处理技术包括等离子体强化的化学汽相沉积(PECVD)、物理汽相沉积(PVD)、刻蚀等。等离子体处理特别适合于制造平板显示器，因为沉积膜所需要的处理温度相对较低且由等离子体工艺产生的膜质量好。
在FPD处理期间，要使FPD适当地发挥功能来说，对基片的整个表面进行适当的膜热处理是关键。而所需要的加热温度则根据所处理的膜类型和所进行的工艺而不同。例如，在FPD的结构中使用的一个示例性薄膜是低温多晶硅(LTPS)。部分LTPS膜处理要求LTPS膜被加热到约600℃，以便从膜上除去氢，而对于非晶硅(a-Si)膜来说，类似的热处理则只需要约450℃的低温。
一般情况下，薄膜加热处理是对温度高度敏感的，因为温度不均匀将导致不能充分除去污染物，造成薄膜剥离和部分消除。为了补偿温度的非均匀性，热处理必须延长时间。不幸的是，延长热处理时间将增加制造成本，而如果处理不完全则经常会产生不能使用的膜。
传统的热处理室通过气体传导和热辐射两者结合来加热一个或多个基片从而提供热处理。不幸的是，室壁和其它室内部件在腔室内提供了热传导路径，导致热传导损失。这种热传导损失产生恒定波动的基片热处理环境。随着温度增高，热传导损失变得更显著，使基片热处理环境内的热非均匀性恶化。而且，传统的热处理室通常非常大(以容纳基片)，因要加热的面积和体积均增加，从而使加热均匀性的问题进一步恶化。例如，随着更大的计算机显示器、监视器、平板荧光屏电视等需求的增加，需要利用更大的基片。典型的基片可能会变成620mm×750mm或更大。
为了补偿大型基片、更大的室体积以及连续增加的热损失，使用了更多加热部件，由此增加了设备成本、能量耗用以及温度非均匀性。随着温度增高，通常使用铜加热元件来抵消能量成本和提供有效加热。铜加热器的加热效率一般比其它类型加热元件的加热效率更为有效。不幸的是，随着温度增高，铜原子经常从铜加热器上选出而进入加热室从而污染膜。因此，传统的加热室和加热工艺均无法在有效的和节约成本的条件下，提供可被接受的均匀且又无污染的基片加热。
因此，需要提供一种方法和设备，用于均匀地热处理多个基片。
发明内容
在本发明的第一方面，设置有用于加热基片的第一装置。该第一装置包括(1)具有底部和顶部的处理室；(2)多个在上述室内设置的经加热了的支承件，用以支承其上的至少两个基片；(3)在上述室内设置在上述室的侧壁和多个基片支承件之间的加热器，具有边缘区和中央区。上述加热器被设计成相比在加热器的中央区内，在边缘区内能够产生更多的热量。
在本发明的第二方面，设置有用于加热基片的第二装置。该第二装置包括(1)具有上区和下区的处理室；(2)具有多个经加热了的支承件的基片盒，用以将多个基片存放在上述室内；(3)多个加热器，用以向上述室的上下区的角部侧壁附近施加比向上述室的上下区的中央侧壁附近更多的热量。
在本发明的第三方面，设置有用以加热基片的第三装置。该第三装置包括具有上区以及和上区相连的下区的处理室。上下区限定了可以在其间夹持着多个基片的腔室。第三装置还包括(1)具有多个设置在上述腔室内且经加热了的支承件的基片盒，用以支承并加热上述多个基片；(2)一或多个设置在上述腔室内的加热器，以向上述室内的角部侧壁附近比向上述室内的中央侧壁附近施加更多热量的方式，向上述基片盒内提供热量；(3)设置在上述腔室内的热反射器，该热反射器环绕着至少一部分加热的支承件，从而形成指向上述腔室内的反射面。当然，还可以提供多个其他的技术方案，包括根据本发明的这些和其他方面的系统和方法在内。
因此根据下列详述、随后的权利要求和附图，本发明的其他特点和方面将变得更加显而易见。
附图简述
图1是用于半导体装置制造的典型处理系统的顶视图，其中可以有利地利用本发明。
图2是图1中加热室的一个示意性实施例的透视图。
图3是图2中用于基片加热处理的加热室实施例的剖视图。
图4是图1-3中的加热室和输送室的剖视图。
图5是图1-4中一个示意性实施例的顶剖视图。
图6是图1-3中加热室的部分剖视图。
图7、图8是示出图6中加热器的第一示意性实施例。
图9示出了加热基片支承件和支承销的示意性实施例，其中基片和加热的基片支承件间隔开，并由支承销来支承，以便于形成加热空间的下部。
图10是图9中加热基片支承件的示意性实施例的顶视图，其中加热基片支承件包括多个板式加热器，它们可设置在纤维玻璃、玻璃、陶瓷、石棉或类似材料等隔热绝缘的材料层内。
图11是在约500℃的加热处理过程中基片的等温线图，利用边界温度作为标准值，示出了基片体内的标准温度变化值。
图12是图1-11中加热室的另一个实施例的透视图。
图13是图12中加热室的透视图，去掉了它的上区，以便于能够露出环绕基片盒的次级加热器。
图14是图12中加热室的透视图，去掉了它的上区和次级加热器，以便于能够露出基片盒。
图15是加热室上区的透视图，示出了和上区侧壁相连的次级加热器。
图16是加热室下区的透视图，示出了和下区侧壁相连的次级加热器。
图17是图6-8，13，15和/或16中本发明次级加热器的另一个图18示出了两个次级加热器，在加热室的上下区内它们连在一起。
图19示出了图17中次级加热室的示意性实施例。
图20示出了两个次级加热器，每一个均利用了电阻加热元件，在加热室的上下区内它们连在一起。
发明详述本发明的实施例在通常被使用于半导体工业中的成组工具等多室处理系统中具有特别的优点，该系统适于支持这里所述的基片加热室。成组工具是一种模块化系统，包括执行各种功能的多个室，包括基片加热、中心搜索和定位、退火、沉积和/或刻蚀等功能。多个室通常安装到中央输送室上，该中央输送室容纳有机械臂，适合于在各室之间输送基片。输送室通常保持在真空条件下并提供一个中间阶段，用于从一个室将基片传送到另一个室和/或传送到设置在成组工具前端处的负载锁定室。
图1是用于半导体装置制造的典型处理系统100的平面顶视图，其中本发明可被有利地使用于该系统中。本发明还可以用于其他的处理系统中。
该处理系统100一般包括多个室和机械臂且配备有处理系统控制器102，该控制器102被编程，用以执行处理系统100内所实施的各种工艺方法。所示的前端设备104例如加工界面被设置成与一对负载锁定室106可选择性地连通。尤其是，前端设备104使容纳在基片载体或吊舱105内的基片被输送到负载锁定室106。当然也可以使用其他的界面结构。设置在前端设备104中的吊舱装载机108A-B能线性地、旋转地和/或垂直地移动，从而在负载锁定室106和安装在前端设备104上的多个吊舱105(吊舱105可安装在前端设备104上和/或与之相结合)之间运送基片。
负载锁定室106提供在前端设备104和输送室110之间的第一真空界面。设置有两个负载锁定室106，以通过交替地与输送室110和前端设备104连通而提高生产量。因此，当一个负载锁定室106与输送室110连通时，第二个负载锁定室106与前端设备104连通。
机械臂113设置在输送室110中心，以便从负载锁定室106将基片传送到多个处理室114或夹持室116的其中之一。处理室114适于进行多种处理，如膜沉积、退火、刻蚀等，而夹持室116则适于进行基片定位、冷却等。上述处理系统100包括加热室140，在除氢和/或回火等热处理期间用来加热基片。加热室140通常位于处理系统100内最有效的处理位置上，但也可以位于处理系统100内的任何位置上。例如，加热处理步骤可接在沉积处理步骤之后进行。因此，为了最小化机械臂113的运动，加热室140可位于一个用于沉积处理步骤的处理室114的相邻处。
图2是图1中加热室140的另一个示意性实施例的透视图。参考图2，包括上区215(例如上钟形夹紧颚)和下区217(例如下钟形夹紧颚)，其中上区215与下区217均被具有装载窗口235的连接体230分开。上区215和下区217密封地固定到连接体230上的对称位置且与连接体230同轴。可使用摩擦配合、使用垫圈等密封材料或可承受高温的油灰、或使用压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶水以及耐处理且不会象铜这样产生污染物的粘接剂等粘结剂，将上区215和下区217密封到连接体230上。可通过常用方式如焊接、或使用螺栓、卡箍或本领域公知的其它紧固件将上区215和下区217连接到连接体230上。
加热室140安装在安装框架255上以提供对上区215和下区217的支撑。在一个方案中，安装框架255包括可旋转地安装于下端的脚轮245、246和247，用于移动加热室140。安装框架255可通过常用方式如螺栓、卡箍或本领域中公知的其它紧固件固定到加热室140(和连接体230)上。尽管加热室140安装在安装框架255上，但可以理解加热室140也可以(可采用螺钉、螺栓、卡箍等紧固件)安装到图1中的输送室110上或由输送室支承。
用于在加热室140内运送基片的电机285可固定到加热室140上(例如，提升或降低支承着基片的平台287，在下面将详细叙述)。例如，电机285可旋转地耦合到丝杠288。丝杠288旋转连接到平台287，平台287与安装框架255滑动配合。当丝杠288由电机285旋转时，平台287可相对安装框架255垂直升降。
在一个实施例中，可使用热绝缘层(未示出)封闭或包封加热室140，以便使源自加热室140的热损失最小化。热绝缘层可包括纤维玻璃、陶瓷纤维、石棉等绝缘体或防止热损失的其它绝缘材料。在一个实施例中，绝缘层包括柔性绝缘陶瓷纤维防护层，其具有低于约0.035瓦/m°K的热传导率且稳定于约30℃的表面温度下。
图3是图2中用于基片加热处理的加热室的一个实施例的剖视图。图3中的加热室140包括主体305、盖子335和设置在主体305上并限定腔307的底部316，腔307用于在其中加热多个基片328。在一个方案中，主体305由可承受处理温度且一般不受铜等污染的铝、钢、镍等耐处理材料构成。主体305可包括延伸到腔307内的气体入口360，用于将加热室140连接到处理气体供给源(未示出)，从而通过它来输送处理气体。在另一方案中，真空泵390可通过真空端口392连接到腔307以便保持腔307内的真空。
基片盒310可移动地设置在腔307中并连接到可移动部件330的上端。可移动部件330由可承受处理温度且一般无铜等污染物的耐处理材料构成，如铝、钢、镍等材料。可移动部件330经由底部316进入腔307。可移动部件330可被滑动地且可密封地设置穿过底部316，并可由平台287升降。即，平台287支撑可移动部件330的下端，从而随平台287升降，可移动部件330连带着垂直升降。可移动部件330垂直升降腔307内的基片盒310，以使基片328横跨穿过窗口235的基片传送平面332。基片传送平面332是由借助机械臂113将基片移进和移出基片盒310(经由窗口235)的路径所限定的。
基片盒310包括由安装框架325支撑的多个基片加热架336。虽然图3示出了在基片盒310内的十二个基片加热架336，但是可以设想也可以使用任何数量的加热架。每个基片加热架336包括由托架317连接到框架325的加热基片支承件340(例如加热板)。当然也可以使用其它的连接结构。托架317将加热基片支承件340的边缘连接到框架325上，且可使用压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶水等粘接剂或螺钉、螺栓、卡箍等耐处理且不会像铜这样产生污染物的紧固件，被连接到框架325和加热基片支承件340上。
框架325和托架317由陶瓷、铝、钢、镍等耐处理材料构成，以及耐处理且不会像铜产生污染物的其它材料。尽管框架325和托架317可以是分开的部件，也可设想将托架317与框架325集成为一体，以便形成用于加热基片支承件340的支撑部件。尽管在一个方案中，加热基片支承件340与基片328形状一致但稍微大一些，以便将绝大部分的热量施加给基片328而使加热效率最大化，但经过加热的支承件340可以是适于加热基片的任何形状。例如，在一个实施例中，加热支架340可以比基片328大很多，用以确保基片328完全暴露于支架340所提供的热量之下。或者，加热支承件340还可以用以容纳各种尺寸的基片328。
基片加热架336在基片盒310内被垂直地分隔开且平行设置，以限定多个基片加热空间322。每个基片加热空间322均用以在其中加热至少一个并由多个支承销342支承的基片328。每个基片328之上以及底下的基片加热架336形成基片加热空间322的上边界和下边界，使基片328的顶侧和底侧暴露于热量之中。在一个实施例中，上边界和下边界距离基片328都是等距离的，以确保基片328的两侧均匀加热。为保证相似地加热基片盒310内顶部的基片328，由空的加热基片支承件340来形成顶部加热空间322的上边界。在另一实施例中，间隔和基片位置可以调整以适应不同处理，如退火、除氢等不同的加热要求。
加热空间322的上边界和下边界之间的间隔可以调整，以增加或降低加热速度以及施加于每个基片侧面的热量。例如，加热空间322的上边界和下边界之间的间隔可以变窄，以增加来自加热基片支承件340的辐射能量，由此增高温度和加热速度，或者该间隔可变大，以减少入射的辐射能量，由此降低基片温度和减慢基片328的加热。而且，基片328可更靠近上边界或下边界设置，以便向基片328的任一侧提供不同的热量。在一个方案中，为了提高生产效率，可调整加热空间322的上、下边界之间的间隔，以便在所需的速度和温度下加热基片328，同时使基片盒310保持尽可能多的基片加热架336。在一个方案中，上、下边界之间的间隔约为45mm。本发明人相信，上、下边界之间约45mm的间隔可提供一个合适的空间来接纳基片328，进行均匀地基片加热以及室307内有效的空间利用，使基片加热架336的数量达到最大化。
图4是图1-3中的加热室140和输送室110的剖视图。如图4所示，加热室140设置成窗口235与形成于输送室110的侧壁中的开口109对齐。在这种位置上，输送室开口109和窗口235限定基片传送口372，经由基片传送口372可借助于机械臂113(图1)输送基片328。基片传送口372可由闸阀或细缝阀(slit valve)等密封装置(未示出)加以选择性地密封。
为了将基片328加载到基片盒310内，机械臂113在载盘118上接收基片328，该载盘由机械臂113的臂111支承。例如，基片可以从一个负载锁定室106，或一个夹持室116，或一个处理室114接收。随后，载盘118设置成通过基片传送口372向加热室140输送基片328。基片盒310可向上或向下垂直移动，以便空的加热空间322与基片传送平面332处于一条直线，从而接收基片328。臂111伸展穿过基片传送口372，以将基片328放置在加热室140中，然后将基片328放置在基片盒310中。臂111将基片328送入加热空间322内且将基片328放在销342上。在一个实施例中，基片盒310垂直移动，直到销342接触到基片328为止，使基片328抬高离开载盘118。然后，臂111和载盘118返回输送室110。在另一实施例中，臂111和载盘118垂直向下移动，直到基片328接触到销342为止。然后臂111和载盘118继续向下移动，直到基片328完全被销342支撑。将基片328从基片盒310上拿走的过程正好相反。
图5是图1-4中加热室140示意性实施例的顶剖视图。由于加热室140的腔307夹持着多个基片328，腔307的体积通常比只夹持着一个基片328的处理室114和通常夹持室116更大。由于腔307体积增大，在真空下的室140上施加的外部大气压力可能相当大。为了提供结构强度并使腔体积最小化，腔307优选为半圆形，与基片盒310的形状一致或稍大。在另一实施例中，腔307的形状可以是圆形、方形或适于容纳基片328的任何形状且具有足够的结构完整性以承受外部大气压力。
图6是图1-3中加热室140的部分剖视图。如图6所示，热反射器320设置在腔307内并与加热室140的主体305的相邻内表面311间隔开，形成腔307内的反射表面。热反射器320可借助于在腔307和内表面311之间提供辐射热绝缘，来将主体305的传导热损失降为最小。热反射器320使反射腔307内被辐射的热反射离开表面311而朝向腔307的中心。热反射器320包括单一层。或者，热反射器320可包括多层，或组合形成一体的几个部件。举例来说，热反射器320可含有一或多个热导体，如铝、镍、钢等耐处理且无铜之类污染物的物质。当希望在腔307和内表面311之间有附加绝缘时，热反射器320包含有一或多个绝缘体，如金属镀覆陶瓷、玻璃以及耐处理且无铜之类污染物的类似材料。在至少一个实施例中，热反射器320包括由铝、镍、金镀覆的内部热反射表面327，或其他被设计来反射热且耐处理并无铜之类污染物的表面。
热反射器320可采用几种方法固定导内表面311上，如采用压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶水等，或通过紧固件(如螺钉、螺栓、卡箍等耐处理且又不会象铜产生污染的元件)。另外，热反射器320可采用电镀、溅射、阳极氧化等技术附着在内表面311上。在一个实施例中，采用绝缘螺钉、螺栓、卡箍等绝缘紧固件使热反射器320与内表面311隔开，在内表面311和热反射器320之间形成间隙。
加热器315设置在腔307内，处于热反射器320和基片盒310之间。加热器315形成与基片盒310形状相符且将其包围的加热部件。例如，加热器315包括一个或多个设置在一层或多层导热的材料内的加热元件，如电阻加热器、加热灯等，上述材料为辐射热的镍、钢、铝等。虽然在一或多个实施例中，加热器315的内表面331优选经过喷砂或阳极氧化，来提供更高的热辐射性能，从而提高腔307内的辐射热传递，但也可采用其它类型来提供更高表面发热性的表面处理。加热器315的外表面333进行抛光，以提供低的发热性，由此使传递到室主体305的辐射热降为最小。在基片热处理期间，加热器315由电源(未示出)启动，并加热到所需温度。虽然在一个方案中，在加热器315和热反射器320之间形成间隙，使经传导而到热反射器320的热传递最小，但加热器315也可与热反射器320直接接触。
图7和8示出了图6中加热器315的第一示意性实施例。参考图7、图8，加热器315包括夹套319，夹套319由铝、镍、钢等导热材料构成，适于在307内均匀辐射热并耐处理且不会产生铜污染的材料。连续加热元件717设置在形成于夹套319内的狭槽内。连续加热元件717用以在夹套319内辐射热量。可通过摩擦配合，焊接，使用不会产生铜和/或银污染的填充材料313，或采用压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶水等粘接剂，或螺钉、螺栓、卡箍等耐处理且不会产生铜污染的紧固件，将连续加热元件717固定在狭槽314内。在一个实施例中，为了在夹套319和连续加热元件717之间提供更紧密的配合，连续加热元件717具有比夹套319更高的热膨胀系数。虽然在一个方案中，连续加热元件717的热膨胀系数约为α＝17，而夹套319的热膨胀系数约为α＝13，但也可以采用其它的热膨胀系数。
一对连接器318被连接到外部电源等电源(未示出)上，以便给连续加热元件717供电。虽然连续加热元件717被设置为单一的均匀的加热部件是优选的用于对整个夹套319提供均匀加热，但是电阻加热器、加热灯等多个独立分开的加热元件也可连接在一起形成连续加热元件717。此外，夹套319可由多个分布在整个夹套319上分立连接的单独加热器所加热。
加热器315可采用任何一种方法固定在腔307内。例如，可采用压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶水等粘接剂的粘合，或螺钉、螺栓、卡箍等耐处理且不会产生铜污染的紧固件等固定方法，将加热器315固定到内表面311上。在特定实施例中，加热器315包括具有安装凸缘312的上部，用于将加热器315安装到主体305上。虽然安装凸缘312与加热器315一体成形是优选的，但安装凸缘312也可以是分离部件。可采用压敏粘接剂、陶瓷粘接剂、胶水等粘接剂或螺钉、螺栓、卡箍等耐处理且不会产生铜污染的紧固件，将安装凸缘312固定到主体305上。
图9示出了加热基片支承件340和支承销342的示意性实施例，其中基片328和经加热的基片支承件340间隔开，并由支承销342来支承，以便于形成加热空间322的下部。在一个实施例中，如图5所示，支承销342的数量至少为六个，四个支承销342沿基片外周基本均匀间隔开，以充分支撑基片328的边缘，两个支承销342靠近基片328的中间。或者，也可采用任何数量的被排成任何结构的支承销342来支撑基片328。支承销342优选由绝缘体构成，如聚合物、陶瓷以及横截面被设计成与基片328的接触最小的绝缘体，以防止加热基片支承件340和基片328之间的传导。为了提供额外的支撑强度，支承销342还可包含导体，如钢、铝、镍以及具有足够小的表面积以使传导最小且耐处理并不会产生铜污染的导体。尽管在一个方案中，支承销342包括尖端，以使与基片328的接触最小化，但支承销342还可具有任何尖端截面的外形，如圆形尖端、方形尖端、扁平尖端及其他可使加热基片支承件340的热传导最小化的形状。
图10是图9中加热基片支承件340的示意性实施例的顶视图，其中加热基片支承件340包括多片板式加热器347，它们可设置在纤维玻璃、玻璃、陶瓷、石棉或类似材料等隔热绝缘的材料层内。板式加热器347可以是电阻加热器、辐射灯等。板式加热器347可由电源(未示出)供电来启动，该电源可以是通过连接器345连接的外部电源。通常，整个基片表面上的温度作为基片主体热迁移的函数进行变化，这是由于在室140内的传导和对流的热迁移，对加热基片支承件340、支承销342、加热器315的接近程度和腔307内的整个热分布等所导致的。在一个实施例中，板式加热器347经模式化处理，以匹配和补偿基片热损失，即基片热损失分布曲线。例如，图10中所示的板式加热器347在角部附近较密集而在中间较分散，以便向基片328的角部和边缘提供更集中的热量，在这些地方的传导和/或辐射热损失量较大。虽然，热量通常趋于从基片边缘辐射，但是经模式化处理的加热分布曲线却可以满足不同的基片热损失分布。例如，板式加热器347可被设计成通过改变它们的尺寸、间隔、电阻率、照明度、输入功率等以提供可变加热输出，从而更符合基片热损失分布曲线。且如图3、4、和6所示，加热基片支承件340通过支承销342与基片328隔开，从而使基片328的下表面和加热支架的上表面之间辐射出的热相互混合(以便分配更均匀)。虽然在一个方案中，加热基片支承件340和基片328之间的间隔约为20mm，也可以利用其它的间隔。虽然一般认为来自加热基片支承件340的辐射热在基片328加热之前相互混合，由此使板式加热器结构限定的热点最小化，但基片328还可以为直接放置在加热基片支承件340上，且板式加热器被设计成与基片热损失分布曲线基本上相匹配。
在操作时，通过机械臂113将基片328经窗口235放在加热基片支承件340上的腔307内，从而起动加热室140的加热处理。氮气等惰性处理气体通过气体入口360流入腔307内，并由真空泵390保持在所需要的室压力。或者，处理气体可以是适于特殊处理的氟等活性气体。腔307被加热器315和加热基片支承件340的辐射，或者只由加热器315，配合热反射器320加热到所需的环境水平，从而足以提供均匀的基片加热分布曲线。在一或多个实施例中，单个基片328被均匀加热到介于约350℃至约600℃之间的基片主体温度。对应于基片主体上温度的参考温度变化(即标准温度变化)在约±5℃和约±10℃之间。
例如，在一种操作方法中，由机械臂113经过窗口235将基片328放在加热衬支架340上的腔307内，从而起动加热室140的热处理。腔307内的真空由真空泵390保持为约0到约0.5乇。处理气体如氮气通过气体入口360流入腔307内，由真空泵390保持在约0.0到0.5乇的室压力下。热量经过加热器315和加热支架340施加于基片，以便将每个基片均匀地加热到约450℃到约600℃的温度。每个基片在约450℃的基片主体温度下保持约为±5℃以及在约600℃的基片主体温度下保持约为±10℃的标准化温度变化。例如，图11是在约500℃的加热处理过程中基片328的等温线图，利用边界温度作为标准值，示出了基片328体内的标准温度变化。350A区是参考区域，因此具有零温度变化值。350B区具有约±1℃的标准化温度变化值。350C区具有约±2℃标准化温度变化值。350D区具有约±3℃标准化温度变化值。350E区具有约±5℃标准化温度变化值。因此，在整个基片328上的标准化温度变化值约为±5℃。
图12是图1-11中加热室140的另一个实施例的透视图，在图12中参考标记为加热室140’。参考图12，加热室140’包括上区215(例如上钟形夹紧颚)和下区217(例如下钟形夹紧颚)。但在图12中的加热室140’内，装载窗口235由部分所示的下区217(与其整体成型或固定在其上)构成。通过这种方式，上区215与下区217直接接触。或者，装载窗口235还可以由部分上区215构成。还可以利用连接体230将上区215和下区217连在一起，装载窗口235可以形成或不形成连接体230的一部分。
图13是图12中加热室140’的透视图，去掉了它的上区215，以便于能够露出环绕基片盒310的次级加热器315。类似的次级加热器315可环绕着下区217内的基片盒310。图14是图12中加热室140’的透视图，去掉了它的上区215和次级加热器315，以便于能够露出基片盒310。图15是加热室140’的上区215的透视图，示出了和上区215侧壁相连的次级加热器315(例如卡箍或其他紧固件1502)。图16是加热室140’的下区217的透视图，示出了和下区217侧壁相连的次级加热器315(例如卡箍或其他紧固件1502)。加热室140’类似于图1-11中加热室140地进行操作。
如上所述，控制大型基片(例如730mm×920mm或更大)均匀性的能力在平板显示器制造过程中非常关键。在热处理过程中，非均匀性的加热会导致薄膜厚度和/或品质变化、不充分和/或污染物或退火去除不均匀等。基片不均匀的一个原因就是基片边缘处的热损失，从而导致相对于基片的中央区域，基片在边缘处具有较低的温度。当基片尺寸增大时，温度不均匀的问题就变得更为显著了，(当基片尺寸继续增大时)这对平板显示器工业来说是个巨大的挑战。
本发明人已经发现相比加热室140、140’的上下区215、217的中央/侧壁区域附近，如果在上下区215、217的角部/侧壁附近施加更多的热量，则在加热室140、140’内会获得明显改进的基片加热均匀性。
图17是图6-8，13，15和/或16中本发明次级加热器315’的另一个实施例的前视图。在图17的实施例中，次级加热器315’包括和图2-4和/或12-14中窗口235并排设置的开口1700，以便于使基片能够进出上述基片盒310。可以设想在加热室140、140’内还可以类似地构造另一个次级加热器315’。在一个特定实施例中，可以使用八个次级加热器315’(分别靠近加热室140、140’的上下区215、217的每一个侧壁)。通常，每段侧壁都会多多少少地使用一个次级加热器。
参考图17，次级加热器315’包括第一加热区1702和第二加热区1704。如图所示，第一加热区1702从次级加热器315’的每一边缘E1-3延伸到次级加热器315’内一段距离D。余下的次级加热器315’形成第二加热区1704。如图所示，次级加热器315’的顶部边缘E4被包含在第二加热区1704中。通过这种方式，图17中的次级加热器315’可以设置在加热室140、140’的下区217内(例如邻近下区217的侧壁和/或具有窗口235形成于此的连接体230)，额外的次级加热器315’可在其上设置在加热室140、140’的上区215内，从而使加热室140、140’的上、下区215、217能够被加热。图18示出了两个次级加热器315’，在加热室140、140’的上下区215、217内它们连在一起。可以利用任何合适的机构将这些次级加热器315’连在一起。在图18中示出了上述开口1700的一个示意性位置。
参考图17、18，次级加热器315’的第一加热区1702被构造成在加热过程中能够比第二加热区1704提供更多的热量(例如更大的功率密度，Watt density)。如上所述和如下所述，这种“非均匀的”或“可控的”加热可以补偿基片边缘的热损失。例如，相对第二加热区1704，通过将额外的能量传递到第一加热区1702上，可以在第一加热区1702内获得增加的热量。参考图19，在下述的一个实施例中，这可以通过相对第二加热区1704，在第一加热区1702内增加电阻加热元件的密度来完成。可替换的或者额外的，当使用电阻加热元件时，可使用单独的电源将电能供以第一加热区1702和第二加热区1704内的电阻加热元件。通过这种方式，可将更多的电能供以第一加热区1702，来增加那里所产生的热量。在另一个实施例中，可以使用一或多个额外的加热源(例如，灯式加热器)来增加第一加热区1702的产生热量。这样额外的加热源可以作为或者也可以不作为次级加热器315’的一部分。还可以采用其他的相对第二加热区1704调节第一加热区1702加热的任何结构或者采用增加上下区215、217的侧板角部附近加热的任何结构。
图19示出了图17中次级加热器315’的示意性实施例。参看图19，次级加热器315’包括电阻加热元件1902，该元件在整个加热器315’内形成连续的蛇行路径。还可以使用不止一个电阻加热元件，作为第一、第二加热区1702、1704的的分立电阻加热元件。如图19所示，电阻加热元件1902在第一加热区1702内比在第二加热区1704内具有更多的转弯和/或匝数，从而相比第二加热区1704在第一加热区1702内形成效率更高的单位面积加热元件密度。因此，当向电阻加热元件1902供电时，相比第二加热区1704，在第一加热区1702内能够产生更多的热量。如下进一步所述，可通过在第一、第二加热区1702、1704内采用合适的加热操作，在加热室140、140’内进行更均匀地基片加热处理。这种处理能够为大型基片(例如730mm×920mm或更大)提供均匀的加热。图20示出了两个次级加热器315’，每一个均利用了电阻加热元件1902，在加热室140、140’的上下区215、217内它们连在一起。
电阻加热元件1902可以类似于图7、8中的加热元件717，由不锈钢、镍或其他类似材料构成。每一电阻加热元件1902均设置在一或多层类似于图7、8中夹套319的传导材料(未示出)中，例如铝、镍、不锈钢等材料或能够从电阻加热元件1902吸收热量且将吸收的热量均匀地向基片盒310辐射出的其他材料。在至少一个实施例中，顶部传导层由钴基材料或其他高发热性材料(例如和镍或不锈钢相比)构成，以便于提高加热器315’的辐射效率和/或均匀性。所有的或一部分的次级加热器315’还可以涂覆着陶瓷涂层等高发热性材料，以进一步提高辐射效率和/或均匀性。例如，第一、第二加热区1702、1704中的一个或两个均可以包括高发热性涂层。优选地，至少次级加热器315’的最外涂层/层为耐处理的且不会产生(铜)污染。这样的加热器可从Watlow公司购得，名称为“厚膜加热器”。当然也可以利用任何合适的加热器元件形式。
在本发明的一个示意性实施例中，对于使用加热室140、140’来加热具有大约为730mm×920mm尺寸的玻璃基片时，每一个次级加热器315’均构造得使第一加热区1702能够比第二加热区1704多产生大约20％的功率密度。当然，也可以利用第一、第二加热区1702、1704之间其他的功率密度变量。如上所述，第一加热区1702从次级加热器315’的每一边缘E1-3伸进次级加热器315’一段距离D(图17)。
在加热730mm×920mm基片的实施例中，第一加热区1702从次级加热器315’的每一边缘E1-3伸进的距离D大约为5英寸，第二加热区1704的宽度大约为24.4英寸(次级加热器315’的整体宽度为34.4英寸)。在该实施例中，第一加热区1702的距离D和加热器整体宽度的比例大致为5/35＝1/7。在本发明的至少一个实施例中，即使加热室140、140’构造成加热其他尺寸的基片，该比例也保持不变。举例来说，如果加热室140、140’构造成加热1460mm×1840mm的基片，距离D可以为大约10英寸，则加热器整个宽度为大约70英寸(加热器315’的第一/边缘加热区1702比第二加热区1704多产生约20％的功率密度)。
次级加热器315’的高度取决于所使用加热器的上下区215、217的高度。也可以采用其他尺寸的加热器和其他尺寸的第一、第二加热区1702、1704。
在至少一个实施例中，次级加热器315’均设置在相距加热室140、140’的上下区215、217的每一侧壁约2英寸且相距基片盒310约1.7英寸的位置处。当然，也可以采用其他的距离尺寸。
相对次级加热器315’的中央区域(例如第二加热区1704)，沿着次级加热器315’的边缘(例如第一加热区1702)增加加热，和/或利用次级加热器315’上的陶瓷等高发热性涂层，通过这些手段，就可以在加热室140、140’内获得高度均匀的温度分布曲线。例如在既利用了增加边缘加热又使用了陶瓷涂层的整个730mm×920mm基片(具有约518℃的平均温度)上，本发明人取得了只有±1.5℃的温度变化值。
尽管前面已经对本发明的实施例进行了说明，在不脱离本发明基本范围的情况下，还可以实施本发明的其它和进一步的实施例，并且本发明的范围由随后的权利要求书所限定。
权利要求
1.一种用以加热基片的装置，包括具有底部和顶部的处理室(chamber)；多个在上述室内设置的经加热了的支承件，用以支承其上的至少两个基片；在上述室内且设置在上述室的侧壁和多个基片支承件之间的加热器，具有边缘区和中央区，上述加热器被适于相比在中央区内，在边缘区内能够产生更多的热量。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括，一或多个设置在上述加热器内的电阻加热元件。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，多个加热了的支承件包括多个加热元件。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述加热器涂覆有高辐射性材料。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述加热器的边缘区比加热器的中央区多产生大约20％的功率(Watt)密度。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在处理温度高于约450℃时，上述处理室保持约±1.5℃或更小的温度轮廓曲线(profile)。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述多个支承件可支承具有至少730mm×920mm尺寸的基片。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在处理温度高于约450℃时，上述处理室保持约±1.5℃或更小的温度轮廓曲线。
9.一种用以加热基片的方法，包括提供一种装置，具有具有底部和顶部的处理室；多个在上述室内设置的经加热了的支承件，用以支承其上的至少两个基片；在上述室内且设置在上述室的侧壁和多个基片支承件之间的加热器，具有边缘区和中央区，上述加热器适于相比在中央区内，在边缘区内能够产生更多的热量；使用上述装置加热基片。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括，在处理温度高于约450℃时，在上述处理室内保持约±1.5℃或更小的温度轮廓曲线。
11.一种用以加热基片的方法，包括在处理室内在多个加热了的支承件上支承着多个基片，该室和上述多个加热了的支承件形状相符但稍微大一些；设置处理温度在大约450℃～600℃之间；在上述室内形成真空；借助于在至少一个次级加热器的边缘区内产生比上述至少一个加热器的中央区更多热量的方式，利用多个加热了的支承件附近的上述至少一个次级加热器均匀加热上述基片。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括，在处理温度高于约450℃时，在上述处理室内保持约±1.5℃或更小的温度轮廓曲线。
13.如权利要求11所述的方法，进一步包括，在处理温度在约450℃～600℃之间时，在上述处理室内保持约±1.5℃或更小的温度轮廓曲线。
14.如权利要求11所述的方法，进一步包括，在上述室内将处理气体设置在约0.5乇(torr)或更低的压力下。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，上述处理气体为氮气。
16.一种用于加热基片的装置，包括具有上区和下区的处理室；具有多个经加热了的支承件的基片盒，用以将多个基片存放在上述室内；多个加热器，用以向上述室的上下区的角部侧壁附近施加比向上述室的上下区的中央侧壁附近更多的热量。
17.一种用以加热基片的方法，包括设置用于在处理室内存放多个基片的基片盒，其特征在于，上述处理室具有上下区；在基片盒内在多个加热了的支承件上支承着多个基片；设置处理温度在大约450℃～600℃之间；利用上述多个加热了的支承件来加热上述多个基片；同时，利用上述多个加热了的支承件来加热上述多个基片，利用多个加热器向上述室的上下区的角部侧壁附近施加比向上述室的上下区的中央侧壁附近更多的热量。
18.如权利要求17的方法，进一步包括，在处理温度高于约450℃时，在上述处理室内保持约±5℃或更小的温度轮廓曲线。
19.如权利要求18的方法，进一步包括，在处理温度高于约450℃时，在上述处理室内保持约±1.5℃或更小的温度轮廓曲线。
20.如权利要求18的方法，其特征在于，在处理温度在约450℃～600℃之间时，在上述处理室内保持约±1.5℃或更小的温度轮廓曲线。
21.如权利要求17的方法，其特征在于，在处理室内设置存放多个基片的基片盒时还包括将基片盒设置成可存放多个至少为730mm×920mm尺寸的基片。
22.一种用于加热基片的装置，包括一处理室，具有上区；以及和上区相连的下区；其特征在于，上下区限定了可以在其间夹持着多个基片的腔室；上述装置还包括具有多个设置在上述腔室内且经加热了的支承件的基片盒，用以支承并加热上述多个基片；一或多个设置在上述腔室内的加热器，以向上述室内的角部侧壁附近比向上述室内的中央侧壁附近施加更多热量的方式，向上述基片盒内提供热量；设置在上述腔室内的热反射器，该热反射器环绕着至少一部分加热的支承件，从而形成指向上述腔室内的反射面。
23.如权利要求22所述的装置，进一步包括在下区设置的装载窗口。
24.如权利要求22所述的装置，其特征在于，上述一或多个加热器均涂覆着高辐射性材料。
25.如权利要求22所述的装置，进一步包括将上下区连在一起的连接体。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，上述连接体包括装载窗口。
27.如权利要求22所述的装置，其特征在于，在上述下区和上区中的至少一个内，上述一或多个加热器环绕着基片盒。
28.如权利要求22所述的装置，其特征在于，上述一或多个加热器被连接到上述下区和上区中至少一个的一或多个侧壁上。
29.如权利要求22所述的装置，其特征在于，至少一个加热器包括用于和装载窗口对齐设置的开口，以便于使基片能够加载进出上述基片盒。
30.如权利要求22所述的装置，其特征在于，至少一个加热器包括第一加热区和第二加热区。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，上述第一加热区从至少一个加热器的多个边缘中的每一个伸进第二加热区一段距离。
32.如权利要求31所述的装置，其特征在于，上述至少一个加热器的一个边缘包含在第二加热区内。
33.如权利要求30所述的装置，其特征在于，上述第一加热区构造得可比第二加热区提供更多的热量。
34.如权利要求30所述的装置，其特征在于，上述至少一个加热器包括一或多个电阻加热元件，这些加热元件在至少一个加热器内，形成连续的蛇行路径。
35.如权利要求34所述的装置，其特征在于，上述一或多个电阻加热元件在第一加热区内具有比第二加热区内更多的匝数(turns)，从而相对第二加热区，在第一加热区内形成更大的单位面积加热元件密度。
36.如权利要求34所述的装置，其特征在于，上述一或多个电阻加热元件均设置在一或多层导体材料内，从而能够从一或多个电阻加热元件中吸收热量，并向基片盒辐射上述吸收的热量。
37.如权利要求33所述的装置，其特征在于，上述第一加热区比第二加热区多产生大约20％的功率密度。
38.如权利要求22所述的装置，其特征在于，上述基片盒用于支承具有至少730mm×920mm尺寸的基片。
39.一种均匀加热基片的方法，包括提供一种用于加热基片的装置，具有一处理室，包括上区；以及和上区相连的下区；其特征在于，上下区限定了可以在其间夹持着多个基片的腔室；上述装置还包括具有多个设置在上述腔室内且经加热了的支承件的基片盒，用以支承并加热上述多个基片；一或多个设置在上述腔室内的加热器，以向上述室内的角部侧壁附近比向上述室内的中央侧壁附近施加更多热量的方式，向上述基片盒内提供热量；设置在上述腔室内的热反射器，该热反射器环绕着至少一部分加热的支承件，从而形成指向上述腔室内的反射面；利用上述装置加热基片。
40.如权利要求39的方法，其特征在于，对加热基片装置的利用还包括相对一或多个加热器的中央区，沿一或多个加热器的边缘增大加热；在上述一或多个加热器上施加高辐射性涂层。
全文摘要
在第一方面，设置有用于加热基片的第一装置。该第一装置包括(1)具有底部和顶部的处理室；(2)多个在上述室内设置的经加热了的支承件，用以支承其上的至少两个基片；(3)在上述室内设置在上述室的侧壁和多个基片支承件之间的加热器，具有边缘区和中央区。上述加热器被设计成相比在加热器的中央区内，在边缘区内能够产生更多的热量。而且还提供有其他的方面。
文档编号H01L21/20GK1748285SQ200380109616
公开日2006年3月15日 申请日期2003年12月15日 优先权日2002年12月17日
发明者稻川真, 细川昭弘 申请人:应用材料有限公司