简析台车炉系统的热设计

　　与传统的高温炉相比，快速退火台车炉工艺的较大优点是避免了杂质的再扩散。减少晶圆加工过程中的热预算。该工艺的基本过程是通过晶圆转移机械手将待加工的晶圆送入加热室。在几秒钟内，将晶片加热到约1000℃（不同的工艺要求不同的加热速度和保持温度），然后在1000℃下保持10~15秒，然后迅速降低到一定温度，然后取出。从离子注入后的典型退火过程可以看出，快速退火炉的快速加热的能力相当关键。此外，该工艺要求在加热过程中整个硅片表面的温度分布均匀。

　　由于现代集成电路关键尺寸的不断缩小，制造工艺对设备提出了越高的要求，该设备用于快速退火台车炉，用于加工小于200mm的晶片。较大加热速率须达到250℃/s，较大加热温度须达到1250℃，温度分布的均匀性须小于±0.5%。要解决这些问题，须从热源设计入手。

　　在半导体加工过程中，通常有四种传热方式：热传导、热对流、强制热流和热辐射。热传导是热通过固体或气体的扩散，但在考虑气体中的热传导时，须考虑空气流动，因为空气流动会改变热传递速率。如果气流是由外部压力梯度引起的，这种气流称为强制流。在快速退火台车炉中，相应的保护气体被引入石英腔，石英腔的外部由干净干燥的压缩空气或氮气冷却，它们传递的热量属于强迫热流。

　　由于气流携带的热量在实际使用中受到制约，通过热传导传递的能量与物体与背景之间的温差成正比。因此，大多数快速热处理系统使用辐射作为主要的热交换方式。当光辐射的能量入射到晶圆表面时，它可能会被反射、吸收或透射。同时，光的能量也照射在加热腔的镀金内壁上。由于镀金表面的高反射和腔体的冷壁环境，晶片和灯之间的视场因子得到了改善，因此可以传输大量能量。快速退火台车炉的快速加热力和相当高的热传导效率是基于其结构优化设计和热源设计。