专利名称：真空加热设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空加热设备，更特别地，涉及一种使通
过加速电压而/人细丝(filament)发出的热电子与加热器石並撞 来产生热的电子沖击(碰撞)加热装置。
背景技术：
半导体制造技术通常需要对半导体基板进行快速加热的处 理。特别地，如碳化硅(SiC)等宽带隙半导体的活化退火需 要大约2000。C的高温。
作为真空加热设备的例子，已经提出了使通过施加在细丝 和真空室之间的加速电压而乂人细丝发出的热电子与加热器石並撞 来产生热的电子冲击加热装置(日本特许第2912613号公报、 特许第2912616号公报、特许第2912913号公报)。
在真空加热设备中，使用具有高导热率和低辐射率的铝制 真空室。
然而，铝制真空室具有用于接合构成真空室的构件的软凸 缘部，从而难以使用金属垫圈，所以氟橡胶或树脂的O型密封 圏被用于真空密封。此外，如上所述，用于使离子注入杂质的 碳化硅(SiC)基板电活化的活化退火处理需要大约2000。C的
非常高的温度。
具体地，与利用来自在传统的硅(Si)器件中使用的大约 1000。C的加热器的热辐射的退火处理相比，到真空室的热辐射 量显著增加。
如上所述，对于在2000。C的非常高的温度区域如通常那样 简单地保持O型圏的结构，由于O型圏的劣化，热处理过程中的
4辐射加热降低了排气(exhaust)特性，并且也降低了退火特性。 具体地，组装真空加热设备，释》文用于加热的气体，然后， 在200CTC下对例如在500°C下以2.0 x 1018/cm3的浓度注入铝的 碳化硅(SiC)外延基板的样品进行退火10分钟。
在这种情况下，退火过程中的真空室的最大压力是3.6 x l(T4Pa,当用原子力显微镜(AFM)测量退火后的样品表面的 表面平坦性时，获得RMS (均方根)值为0.6nm的非常良好的 平坦性。
然而，当在2000°C下对样品进行退火10分钟至1000次时， 然后在200(TC下对同样的样品进行退火10分钟，退火过程中的 真空室的最大压力是7.6x lO—3Pa，真空度降低。当用原子力显 微镜(A F M )测量退火后的样品表面的表面平坦性时，存在R M S 值为3.5nm的粗糙表面。
此外，当测量真空室的最终压力时，确认压力是4.3x 10^Pa并且真空特性减少了大约2位数。具体地，如两个平行的 密封面彼此对置的传统的O型密封圈那样，由氟橡胶或树脂制 成的被放置和保持在设置于密封面之间的槽中的O型圈直接接 收来自被加热到大约2000。C的加热部件的辐射。
从而，O型圈在短时间内劣化而释》文气体，由此降低了真
本发明的目的是防止由于真空加热设备中的辐射加热而导 致的O型圈的劣化，并且使得以良好的退火特性对基板进行热 处理。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种真空加热设备，其包 括真空室，其由具有开口部并且被接合在一起的如凸缘等构件构成；排气部件，其用于从真空室排出气体；以及加热部件， 其被配置于构件的开口部中并且对载置于真空室中的基板进行 加热，其中，由O型圏密封所述构件，并且在所述构件的接合 面上，在加热部件和O型圏之间形成结合台阶。
根据本发明，真空加热设备具有在位于O型圈的内周侧的 接合面上包括台阶的结构，由此防止了来自加热器的加热辐射 到达O型圈并且防止了真空特性的降低。可以稳定地使用加热 器温度为2000。C的非常高的温度区域，对于利用单晶碳化硅基 板的装置，可以实现退火过程中的良好的表面平坦性。
图l示出了根据本发明的一个实施例的电子碰撞型真空加 热设备。
图2是图l的真空加热设备中的真空室的放大图。
图3是本发明的第 一 实施例中的真空室的凸缘之间的接合 部的放大剖视图。
图4是本发明的第二实施例中的真空室的凸缘之间的接合 部的放大剖视图。
图5是本发明的第三实施例中的真空室的凸缘之间的接合 部的放大剖视图。
具体实施例方式
现在，将参照
实施本发明的优选实施例。 第一实施例
图l示出了才艮据本发明的一个实施例的电子石並撞型真空加 热设备。
如图l所示，该实施例的真空加热i殳备l包括真空室2、用于对载置在真空室2中的基板5进行加热的加热器基座3、以及 用于从真空室2排出气体的作为排气部件的涡轮分子泵17。在 该实施例中，真空室2由铝制成。
加热器基座3包括未示出的加热部件。
例如，碳加热器基座3可包括作为加热部件的鴒丝(未示出)。
这里，电子石並撞加热型加热部件^皮示例为通过施力口到细 丝和加热器基座3之间的加速电压使/人热细丝(未示出)加热 和发出的热电子加速并且使该热电子与碳加热器基座3碰撞， 从而对加热器基座3进行加热。
当通过上述方法达到非常高的温度时，由涡轮分子泵4将 气体从基板5的处理侧的真空室2排出至高真空，以排出由加热 器基座3的碳或细丝的高熔点金属等产生的气体并且防止真空 室2的污染。此外，由涡轮分子泵17将气体从基板5的热处理侧 的真空室2排出至高真空。经受热处理的基板5被载置于热接收 器板(未示出)等，该热接收器板被安装到面对加热器基座3 的基板保持件18。当基板5被输送或冷却时，使基板保持件18 向下移动。当对基板5进行热处理时，使基板保持件18向上移 动，以使得基板5和加热器基座3彼此靠近成其间具有例如3mm 的距离，从而允许高效的热处理。
图2是图l的真空加热设备l中的真空室2的上部的放大图。
如图2所示，真空室2由例如具有开口部并且祐j妻合在 一起 的多个凸缘11和12的环状构件构成，并且真空室2包括上部6、 中间部7和下部8。 O型圏(未示出)被保持在构件(凸缘)之 间，用于密封构成真空室2的构件(凸缘)的接合面。由于加 热器基座3和真空室2之间的空间的热分离等，使用O型圈(未 示出)，以通过凸缘11和12的接合来形成真空密封部。如上所述，真空室2由具有高导热率和低辐射率的铝制成。 构成真空室2的构件的被接合在一起的凸缘11和12也是软的， 从而难以使用金属垫圈，所以例如氟橡胶被用作密封材料。
氟橡胶具有高至大约150°C至200。C的耐热性，并且真空室 2的上侧部分^皮凸纟彖11和12分成上部6和下部7，以阻挡来自加 热器基座3的下部的热辐射并且增加氟橡胶的密封材料的冷却 效果。
对真空室2的一个凸缘11进行密封面加工，另 一个相面对 的凸缘12设置有0型圈用的槽，O型圈(未示出)被保持在两 个凸缘表面之间，并且由外侧的大气压部分的螺钉(未示出) 紧固O型圈，以形成真空密封部。O型圈(未示出)由例如氟橡 月交制成。
图3是该实施例中的真空室2的凸缘ll和12之间的接合部 的放大剖视图。用相同的附图标记表示与图l或图2中的构件相 同的构件。
通过具有开口部9的两个凸缘11和12将构成真空室2的上 部6和中间部7接合在一起，并且例如碳加热器基座3被置于开 口部9中作为加热部件。在具有埋^殳0型圏10的槽的一个凸缘12 上的加热部件侧、即在加热器基座3和0型圈IO之间形成一个结 合台阶13。
在凸缘11上的靠近加热器基座3的一侧加工另 一结合台阶 13。结合台阶彼此嵌设。
由例如氟橡胶制成的O型圈10被保持在凸缘11和12之间， 并且由未示出的螺栓紧固O型圈IO,以提供真空密封，同时， 靠近作为加热部件的加热器基座3的 一侧的凸缘表面沿上下方 向彼此结合。
从而，来自加热器基座3的热辐射不能通过凸缘11和12的接合面到达O型圏IO,由此，保护了O型圏IO。
此外，对真空室2的内表面进行镜面加工以使该表面具有 0.15的辐射率。
评价使用该实施例的真空室2的基板的退火特性。为了进 行评价，使用如下所述处理的4H单晶碳化硅(SiC)基板作为 试验基板。
具体地，通过化学气相沉积(CVD)在试验基板上形成具 有10!im的厚度的n型外延层，在氧化炉中，在氧气(02)气氛、 900°C下对试一验基^反进行牺牲氧化30分钟，从而具有10nm的膜 厚。然后，对试验基板进行氢氟酸处理以露出清洁表面，在氧 化炉中、在同样的条件下形成具有10nm的膜厚的离子注入时 的保护氧化膜。
此外，使用离子注入设备将试验基板加热到500。C,并且 在500。C下以2.0xlO"/cm3的浓度、以六个阶段的注入能量将作 为杂质的铝注入到试验基板中形成为盒形状。具体地，六个阶 ^:的能量是40、 100、 200、 350、 500禾口700keV。
然后，由氢氟酸去除离子注入保护膜，然后，在2.3kV的 加速电压和2000。C下对试验基板进行退火10分钟。此时，退火 过程中的真空室2的最大压力是3.4xlO^Pa，与传统设备的初始 值基本上相同。进行排气24小时，然后测量最终真空度，获得 压力为1.5xlO-GPa的非常良好的真空。
接着，为了评价退火后的试验基板的表面平坦性，用原子 力显微镜(AFM)在轻敲模式(tapping mode)下在4微米x 4微米的测量范围内测量表面平坦性。从而，确认获得RMS值 为0.6nm的非常良好的平坦性。
通过牺牲氧化和干法蚀刻将试验基板的表面去除4 0 n m ， 然后通过剥离法(lift-off)形成铝电极，并且通过CV测量算出活化率。从而，确认获得百分之百的活化率，进行了充分的活 化。
此外，为了确认O型圈的耐热性，在200(TC下对试-验基板 进行退火10分钟连续达1000次，然后，在2000。C下对同样的试 验基板进行退火10分钟。
此时，退火过程中的真空室2的最大压力是3.5xlO^Pa并且 与初始值基本上相同，并且未确认出真空度的降低。此外，在 活化退火之后，获得RMS值为0.6nm的非常良好的平坦性。此 外，加热器基座3^L冷却，进行排气24小时，并且测量最终真 空度。然后，确认获得压力为1.7xlO、Pa的非常良好的真空。
第二实施例
图4是本发明的第二实施例中的真空室2的凸缘ll和12之 间的接合部的放大剖视图。
靠近碳加热器基座3地形成两个铝制凸缘11和12。对位于 比O型圏IO靠近加热器基座3的一侧、即比凸缘11和12的接合 面中的台阶13靠近加热部件的一侧的内表面14和15进行精加 工，以使该内表面具有辐射率为0.3以上的表面粗糙度。在该实 施例中，辐射率是0.35。
具体地，在该实施例中，在凸缘11和12的4妄合面中，在加 热器基座3和0型圈IO之间具有台阶13的接合面14和15的辐射 率比接合面的其它部分的辐射率高。这使得将被凸缘的内表面 14和15吸收的从加热器基座3发出的热辐射进一 步减少到达O 型圈的热辐射量。
可以通过涂布碳喷涂层至50nm的厚度，或者在台阶状的 接合面14和15中的至少 一 个处涂布陶瓷涂层至40i!m的厚度， 来获得相同的优点。
第三实施例11和12之 间的接合部的放大剖视图。
在该实施例中，通过在凸缘11和12的靠近加热器基座3的 内周侧的接合面附近进行焊接而形成防护板16。这使得从加热 器基座3发出的热辐射被防护板16阻挡，由此防止热辐射直接 到达O型圈IO。
凸缘11和12、开口部9、加热器基座3等是圆筒形状的，在 图3、图4和图5的例子中，台阶13、 O型圏IO、防护板16等被 配置成围绕加热器基座3的外周。在上述实施例中，说明了上 部6和中间部7之间的接合，但是，也可以利用图3、图4和图5 中的接合方法将中间部7和下部8的凸缘接合在一起。
本发明可以特别适用于允许在高于2000 °C的温度下进行 退火的真空加热"i殳备。以使通过加速电压而乂人细丝发出的热电 子与加热器碰撞来产生热的电子冲击加热装置的应用为例进行 了说明，4旦是，本发明也可适用于高频感应加热型、红外加热 型、热阻抗加热型以及其它这种设备。本发明不限于此。
形成在各凸缘中的台阶数量不限于一个，而是可以根据加 热部件和O型圈之间的接合面来形成任意数量的台阶。
权利要求
1.一种真空加热设备，其包括真空室，其由在接合部被接合在一起的具有开口的第一和第二构件构成；排气部件，其用于从所述真空室排出气体；以及加热部件，其被配置于所述开口中，用于对载置于所述真空室中的基板进行加热，其中，由O型圈密封所述第一和第二构件的接合部，并且在所述第一和第二构件的接合面上，在所述加热部件和所述O型圈之间形成结合台阶。
2. 根据权利要求l所述的真空加热设备，其特征在于，所 述接合面的位于所述O型圈的内侧的部分的表面粗糙度比所述 接合面的其它部分的表面粗糙度大。
3. 根据权利要求2所述的真空加热设备，其特征在于，所 述O型圏的内侧的4姿合面的辐射率为0.3以上。
4. 根据权利要求l所述的真空加热设备，其特征在于，在 所述构件的面对所述加热部件的内周侧设置防护板。
5. 根据权利要求l所述的真空加热设备，其特征在于，所 述加热部件是使通过施加到细丝和所述真空室之间的加速电压 而从所述细丝发出的热电子与加热器石並撞以产生热的电子碰撞 力口热型力o热吾p <牛。
6. —种真空加热设备，其包括真空室，其由在接合部被接合在一起的具有开口的第一和 第二构件构成；排气部件，其用于从所述真空室排出气体；以及 加热部件，其被配置于所述开口中，用于对载置于所述真空室中的基板进行加热，其中，由O型圈密封所述第一和第二构件的接合面，并且所述接合面^t构造成防止来自所述加热部件的热辐射通过 所述接合面到达所述O型圈。
全文摘要
一种真空加热设备。防止由于真空加热设备中的辐射加热导致的O型圈的劣化，从而允许以良好的退火特性对基板进行热处理。真空加热设备(1)包括真空室(2)，其由具有开口部(9)并且被接合在一起的凸缘(11，12)构成；涡轮分子泵(17)，其用于从真空室(2)排出气体；以及加热器基座(3)，其用于对载置于真空室(2)中的基板(5)进行加热。由O型圈(10)密封凸缘(11，12)的接合面。此外，在凸缘(11，12)的接合面上，在加热器基座(3)和O型圈(10)之间形成结合台阶(13)，由此防止来自加热器基座(3)的热辐射通过凸缘(11，12)的接合面到达O型圈(10)。
文档编号H01L21/00GK101615573SQ20091014868
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年6月27日
发明者土井浩志, 柴垣真果, 正木宣行, 流石勇一 申请人:佳能安内华股份有限公司;佳能安内华工程股份有限公司