用于对物体进行热处理的装置和方法_3

文档序号:9204371阅读:来源:国知局
撑元件。
[0045]处理箱I的壳体壁4可由彼此相同的材料或不同的材料制成,例如金属、玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、碳纤维增强的碳材料或石墨。
[0046]在图2所示的示例中,装置I用作不能独立加热的处理箱,其用于对以衬底形式实现的物体2进行热处理。这里必需的是,在各种情况下至少一个壳体部段(例如顶壁6和底壁5)实现成使得可通过从外部以电磁热辐射形式输送的热能而对带涂层的衬底进行热处理。热能可通过辐射式加热器12进行输送,辐射式加热器12例如成排地设置在顶壁6的上面以及底壁5的下面。例如,为此目的,顶壁6和底壁5由相对于电磁辐射是可透过或至少部分可透过的材料制成,例如,玻璃陶瓷。顶壁6和底壁5还可仅仅在某些部段中由这种材料制成。同样可能的还有,顶壁6和底壁5由至少部分地,尤其完全适合于吸收电磁辐射,从而加热自身的材料制成,例如石墨。在这种情况下,顶壁6和底壁5用作被动加热的辅助热源。
[0047]如图2中可识别的那样,这里的壳体壁4,例如密封件9设有两个冷却剂连接件13,13’,其用作冷却剂管线系统中用于冷却剂的入口或出口(未详细显示),冷却剂管线系统至少分部段地,尤其完全地穿过周边侧壁7。通过引入冷却剂,侧壁7的温度可至少分部段地,尤其完全地控制在可预先限定的温度(在热处理期间相对于衬底温度得到主动冷却)。为此目的,这两个冷却剂连接件13,13’可在流体方面连接到温度控制装置或冷却装置14上,用于冷却剂的制备和冷却。总地说来,在装置I中,只有不用于对带涂层的衬底进行热处理的那些壳体部段是通过从外部以采用电磁热辐射形式输送的热能而进行温度控制的,这里包括例如周边侧壁7或至少其一个部段。在本示例中,只有密封件9是温度受控制的(被冷却的)。例如,油或水可用作冷却剂。温度控制或主动冷却还可备选地通过接触散热器(例如冷却板)的接触冷却(热传导)、鼓风机(对流冷却)或在不接触的条件下通过间隔开的散热器(辐射冷却)来实现。
[0048]壳体3还包括气体通道16,其设有通向中空的空间11的阀15。这里,气体通道16设置在例如前密封件9中。中空的空间11可通过气体连接件17而被抽空,气体连接件17连接在抽空装置18 (例如真空泵)上。另外,气体连接件17可连接在供气装置19上,以便通过引入惰性吹扫气体吹扫中空的空间11,并且/或者用反应性处理气体填充它。处理气体的填充可在负压力或正压力下完成。通过阀15 (例如多路阀),气体通道16可选择性地打开或气密性地密封。中空的空间11具有相对较低的间隙高度,例如在7至12 _的范围内,从而可实现快速的抽空和处理气体的高效填充。
[0049]中空的空间11类气密性地通过带状分隔壁20而划分成处理空间21和中间空间22,其中物体2以带涂层的衬底形式来实现,其仅容纳在处理空间21中。气体通道16通向中间空间22。分隔壁20设有一个或多个开口或裂口,借此,处理空间21在流体方面连接在中间空间22上。
[0050]如图1的竖直截面图中可识别的那样,竖直地从底壁5沿顶壁6的方向延伸出来分隔壁20并不一直到达顶壁6,从而保留了间隙23作为分隔壁20的开口。图2描绘了分隔壁20的一种变体,其中分隔壁20 —直延伸至顶壁6,并且设有多个水平的槽口 24,槽口24大致居中地设置成一排。通过间隙23或槽口 24,处理空间21在流体方面连接在中间空间22上,使得相互的气体交换成为可能,但由于间隙23或槽口 24的小的竖直尺寸或高度而受到抑制。分隔壁20因而用作在处理空间21和中间空间22之间的扩散阻隔或蒸气阻隔。
[0051]用作扩散阻隔或蒸气阻隔的分隔壁20的特性基于压力对自由路径长度的依赖性:在几乎正常的压力下(700-1000 mbar),扩散受到相对较小的分隔壁20的开口的抑制。相反,在中间空间22被抽空至预真空范围内的压力(10-1000 Pbar)时,自由路径长度得到极大增加,并且分隔壁20只代表用于气体交换的薄弱的扩散阻隔。处理空间21因而可通过分隔壁20而被抽空,并且在抽空之后,处理气体还可流入到处理空间21中,通过入口进入中间空间22中。另一方面,通过分隔壁20,易于挥发的硫族成分,例如砸或硫的分压力可在衬底热处理期间,在处理空间21中保持至少大部分恒定不变,易于挥发的硫族成分在热处理期间会从带涂层的衬底扩散/蒸发出来。因而在带涂层的衬底进行热处理期间,分隔壁20用作例如砸阻隔。
[0052]总地说来,间隙23或槽口 24的(公共)开口面积25经过定制尺寸,使得在衬底的热处理期间,由于带涂层的衬底的热处理而产生的气态物质在处理空间21之外的质量损失少于热处理期间在处理空间21中所产生的气态物质的质量的50%,优选20%,更优选10%。为此目的,实现分隔壁20,使得由开口面积25除以处理空间21的内部表面或内表面26而形成的面积比在5 X 10_5至5 X 10 _4的范围内。
[0053]例如,处理空间21的内表面26具有大约1.2 m2的尺寸。间隙23的平均间隙高度例如在50至100 Mm的范围内,与2至5 cm2范围内的开口面积25相对应。分隔壁20具有例如9 mm的高度。这些值产生了 1.5 X 10_4的面积比。
[0054]通过用作蒸气阻隔或扩散阻隔的分隔壁20,在热处理期间于处理空间21中所形成的挥发成分至中间空间22中的扩散至少可受到大部分地抑制,从而防止挥发成分在温度受控制的(被主动冷却的)侧壁7,这里尤其密封件9上的冷凝。处理空间21中的处理气氛因而可保持至少大致恒定不变。
[0055]如图1中所示,中间空间22至少部分地,尤其完全位于辐射式加热器12的(公共)辐射场之外,使得在热处理期间,在中间空间22中形成从分隔壁20至温度受控制的(受主动冷却的)侧壁7,这里尤其是密封件9的温度梯度。这种温度梯度用于“温度阻隔”,用于保护处理箱I的适应真空的构件免于高的热应力。为此目的,辐射式加热器12专门设置在处理空间21的上面或下面,位于分隔壁20的前面或上面。在各种情况下,辐射式加热器12至少终止于中间空间22或分隔壁20前面几厘米处。另一方面,设置辐射式加热器12,从而形成升高的温度梯度,使得在分隔壁20的前面或至少在分隔壁20的水平处获得从侧壁7,尤其密封件9开始至分隔壁20而对带涂层的衬底2进行热处理所需的处理温度,从而确保前体层衬底充分地转换成化合物半导体。
[0056]在图1所示的一般化实施例中,可在一个方向上、在两个方向上或在外围(框架)沿侧向设计分隔壁20、中间空间22和侧壁7的温度可控制的或可冷却的部段。在图2的实施例中,仅仅在一个空间方向上实现了分隔壁20、中间空间22和侧壁7(密封件9)的温度可控制的或可冷却的部段。
[0057]图3显示了装置I的一种变体,在该变体中只解释相对于图1和图2装置的差异,并且其它方面参照关于这方面所作的说明。
[0058]相应地,装置I在可独立加热的回火炉处,并且为此目的包括加热装置10,其例如(仅仅)容纳在处理空间21中。例如,加热装置10作为电(电阻)加热器来实现。不通过辐射式加热器12提供对物体2的加热。相应地,壳体3还可由均质材料制成,例如陶瓷、水晶或金属。此外,不提供密封件9的温度控制。例如,传感器(未显示)定位于中间空间22中,传感器应受到分隔壁12的保护,以免于处理空间的腐蚀气体的影响。
[0059]图4显示了根据本发明用于处理任何物体2的装置I的一般化横截面图,在该图中只解释相对于图1和图2装置的差异,并且其它方面参照关于这方面所作的说明。
[0060]相应地,装置I用于处理尤其任何物体2的涂层。例如,横截面可代表传统分区炉,其具有多个加热区域,这里包括例如用于处理物体2的内部热核心区域28,其被两个较冷的边缘区域29包围。较热的核心区域28还相应地具有比较冷的边缘区域29更热的壳体壁4。这里,装置I包括例如圆柱形的壳体3,作为带加热装置10的回火炉的一部分,加热装置包括电阻加热器(未显示)和辐射式加热器12。分隔壁20将例如搁置物体2的分区炉的热核心区域28和边缘区域29彼此分隔开。在图4的装置I中不提供密封件9的温度控制。
[0061]通过用作蒸气阻隔或扩散阻隔的分隔壁20,在热处理期间于核心区域28中所形成的挥发成分至边缘区域29中的扩散至少可大部分受到抑制,从而防止挥发成分冷凝在边缘区域29的较冷的壳体壁4上。
[0062]现在参照图5A-5F,在该图中显示了根据本发明的装置I的分隔壁20的不同变体。这在各种情况下是温度受控制的分隔壁20,其为此目的由具有某种热膨胀系数的材料制成,使得相应开口或裂口的总的开口面积25在热处理期间由于加热分隔壁20而减少到起始值(热处理之前的总的开口面积25)的最大50%,优选最大30%,更优选最大10%。为此目的,分隔壁20由具有超过5 X KT6IT1的热膨胀系数的材料制成。用于这种材料的示例是某些具有9 X KT6IT1热膨胀系数的玻璃陶瓷、具有在6.5 X 10 I—1至9 X 10—Γ1范围内的热膨胀系数的氧化铝(Al2O3)、具有在10 X KT6IT1至13 X 10-6IT1范围内的热膨胀系数的氧化锆和氧化镁。分隔壁20的材料还必须是耐热且耐腐蚀的。
[0063]图5Α和图5Β在各种情况下均以竖直截面描绘了以竖直条带形式实现的处理箱I的分隔壁20。相应地,分隔壁20并不一直延伸至顶壁6,从而保留间隙23作为用于处理空间21和中间空间22的流体连通的开口。图5Α描绘了一种情形,其中侧壁7的温度被控制在T=150°C的温度,而分隔壁20具有T=50°C的温度。分隔壁20的材料是相对较冷的;间隙23是完全开放的。间隙23的竖直尺寸或平均间隙高度(净宽度
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