Печь для термообработки

1ъ тъеьл.,е". т. л в Г А Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 26.12,78 (21) 2702978/29-02 с присоединением заявки Мо Р 1)м, клз Г 27 В 9/20 Государственный комитет СССР по дедам изобретениИ и открытий(54) ПЕЧЬ ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ Изобретение относится к установ,кам с инфракрасным нагревом для термообработки полупроводниковых подложек и может быть использовано для 5проведения процессов сушки, вжигания пленок и диффузионного отжига внепрерывном режиме,Для проведения диффузионного отжига используется печь с перемещением пластин через зону термообработки на воздушной подушке, содержащаянагревательную камеру (с реэистивнымили ИК-нагревателем) с установленнымв ней кварцевым реактором, лотком ввиде кварцевой трубки прямоугольногопрофиля с шлифованной колеей лотка,установленного с уклоном 1-2 , в котором выполнены отверстия для подачитехнологического газа, образующего 2 Овоздушную подушку под пластинами 1,Позиционное перемещение пластинпо лотку осуществляется при полнойего загрузке рядом пластин с поштучной выгРузкой манипулятором одной 25пластины и загрузкой в другой конецряда следующей пластины, Таким образом осуществляется позиционное перемещение пластин через неравномерныетемпературные зоны нагрева и охлаждения, а также изотермическую рабочую зону. Сложность выполнения манипулятора в изотермической рабочей зоне не позволяет нагревать пластины только в ее пределах. Прн обработке пластин большого диаметра в зонах нагрева и охлаждения возможны термические напряжения из-за неравномерности нагре" ва.Нагрев по полю пластин осуществляется по сложному графику, а время разогрева пластин на каждой позиции обработки (переходный процесс) определяется многими факторами: характером движения пластин, спектральным составом падающего излучения и т.п.Известна также печь для термообработки, содержащая нагревательную камеру с кварцевым реактором, в котором расположен транспортер, выполненный в виде лотка с полым днищем, имеющий отверстия для выхода газа и упоры 2.При проведении обработки пластин упоры выступают из колеи и фиксируют их положение. Поочередно опуская и поднимая упоры, обеспечивается позиционное перемещение пластин через изотермическую зону обработки. В результате пластины проходят зону нагрева и охлаждения с большой скоростью и нагреваются в рабочей нзотермической зоне.Однако в такой печи пластины привысокотемпературном отжиге нагреваются неравномерно из-за переходных процессов в системе лоток (кварц) - плас 5тина (кремний) при перемещении пластин с одной позиции на другую, вследствие влияния шага размещения лампна равномерность температурного поля(полосатый нагрев), из-за отсутствияуправления лучистыми потоками с плас.тины и к пластине и нетехнологичности выполнения упоров в кварцевомлотке, сложности конструкции и ненадежности в работе.Цель изобретения - повышение равномерности нагрева изделий.Это достигается тем, что печьснабжена размещенными над лотком экранами, укрепленными на упорах и имеющими воэможность вертикального перемещения. Кроме того, с целью управления лучистым и газовым потоком экраны выполнены с отверстиями,На фиг. 1 изображена печь, продальный разрез; на фиг. 2 - разрезЛ-А на фиг. 1; на фиг, 3 - графикизменения температуры пластины приперемещении через зону термообработки (сплошная линия - с экранами,30пунктирная линия - без экранов),Печь имеет водоохлаждаемые отража- .тели 1 с галогенными лампами 2, кварцевый прямоугольный реактор 3, уплотненный шлюзами загрузки 4 и выгрузоки 5. Под уклоном 1-2 в сторону шлюза выгрузки 5 закреплен кварцевый лоток б с полым днищем 7, верхняя частькоторого выполнена шлифованной. Вверхней части выполнены отверстия 8для подачи газа под пластину 9, На 40днище 7 опирается упор 10, выполненный заодно с экраном 11. Крайние упоры 10 выполнены без экранов 11. Число упоров 10 равно числу пластин 9.В центре экрана 11 выполнено отверстие 12, выравнивающее неоднородностьтемпературного поля по пластине 9.Подъем экрана 11 с упором 10 обеспечивается путем поворота вала 13 скулачком 14. Все экраны 11 закрепленына оси 15 на специальных втулках 16.Печь работает в следующей последо-.вательности.Устанавливается рабочая температура и подается в лоток б рабочий газ.Из шлюза загрузки 4 на лоток 6 загружается пластина 9, которая фиксируется первым упором 10. Через заданноевремя цикла вал 13 плавно поворачивается на один оборот, в процессекоторого поочередно справа налево под-Щнимаются упоры 10 с экранами 11, поскольку кахцый кулачок 14 смещен поуглу относительно соседнего. В результате пластина 9 из под правогоупора 10 переходит под следующий упор у 10 с экраном 11. В такой циклической последовательности пластины 9 заполняют все позиции под экранами 11 и начинается поштучная их выгрузка из печи через шлюз выгрузки 5, Необходимо пояснить, каким образом в данной конструкции повышается равномерность нагрева пластин 9.При двухстороннем нагреве пластин 9 работают верхние и нижние лампы 2. Экраны 11 обеспечивают прогрев участков днища 7 до температур, когда наличие или отсутствие пластин 9 не оказывает существенного влияния. В результате подавляются переходные температурные процессы при переходе пластин с одной позиции на другую. При нагреве снизу данный эффект выражен слабее, но появляется возможность гибко управлять температурным полем пластины 9 при перемещении, а также наличии или отсутствии экранов 11 или выполнении в них отверстий 12. При лучистом нагреве иногда имеет место перегрев центра пластины, размещенной на кварцевой подставке.Меняя размер отверстия 12 можно добиться требуемой равномерности нагрева или сформировать радиальный температурный профиль по требуемому закону, чего нельзя выполнить за счет изменения конструкции термической камеры. Установкой крайних упоов 10 без экранов 11 решается задача предварительного нагрева или охлаждения пластины 9 при выпокотемпературной обработке и тем самым предотвращается тепловой удар (см.фиг. 3, пунктир). При этом нет необходимости в формировании дополнительных температурных зон, Таким образом, простыми конструктивными средствами решается задача формирования равномерных температурных полей на пластинах и управления их движением в рабочей зоне.Формула изобретения1. Печь для термообработки, содержащая нагревательную камеру с кварцевым реактором, в котором расположен транспортер, выполненный в виде лотка с полым днищем, имеющий отверстия для выхода газа и упоры, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения равномерности нагрева изделий, она снабжена размещенными над лотком экранами, укрепленными на упорах и имеющими .воэможность вертикального перемещения.2. Печь по п, 1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью управления лучистым и газовым потоками, экраны выполнены с отверстиями.769263 4 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 493129, кл. С 21 О 9/00, 1973. 2. Зворыкин Д.Б. и др, Термическое оборудование полупроводникового и микроэлектронного производства с лучистым их нагревом. Обзоры по электронной технике. Серия "Полупроводниковые приборы",1975, вып. 12, ч. 1,с. 42./5 113 4 ал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул к Тираж 671ПИ Государственного делам изобретений Москва, Ж, Рауш Подписнокомитета СССРи открытийская наб., д. 4