[发明专利]快速热退火装置

说明书

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，并且具体来说，涉及一种快速热退火装置。

背景技术

快速热退火（Rapid Thermal Annealing, RTA）是一种短时高温的热处理工艺。近些年来，快速热退火被引入到薄膜及其它材料的热处理，其特点在于升温速度比较快，可以在几秒至几十秒钟到达所需要的温度（升温速度可以达到45℃/s）。对薄膜采用快速热退火可以具有很多优势，例如可以对薄膜实现快速的表面热处理；可以突破衬底的耐温极限，在高于衬底的耐温极限下对薄膜进行退火；在大规模生产中比较节能等。

授权公告号CN 2298265Y公开了一种快速退火装置，其具有一个对外界气体、温度及压力密封的反应室。该反应室包括一个冷却区、一个缓冲区及一个加热区。利用适当的传送装置及控制装置，将欲退火的样品在不同反应区间传送，并控制其内部气体的种类及进出，以及反应室的温度、压力，以提供各种不同退火的环境，达到快速退火的目的。

但是，现在很多的薄膜快速热退火需要在一些特殊的气氛条件下进行。例如，碲化镉电池需要在CdCl₂蒸汽的气氛下进行，CIGS薄膜电池需要进行硫化或硒化，CZTS薄膜电池需要进行硫化等。这些特殊的气氛是通过蒸发固体物质实现气化来实现的。因而，在实现快速热退火的同时，需要对退火装置进行改进，以在退火装置中实现所需气氛。

发明内容

本申请的目的之一在于提供一种改进的快速热退火装置。所述快速热退火装置包括：衬底承载单元，用于置放衬底；坩埚，在其中放置用于制造气氛的固体物质；以及加热装置，置于所述衬底和所述坩埚之间，用于使所述坩埚中的固体物质蒸发以及向上加热所述衬底架中的衬底。

在上述快速热退火装置中，所述衬底承载单元为衬底架，所述衬底由衬底架支撑。

在上述快速热退火装置中，所述衬底承载单元为传动轮，所述衬底由传动轮支撑，并由所述传动轮带动衬底移动。

在上述快速热退火装置中，所述加热装置为能够提供快速加热源的卤素灯或卤素灯阵列。

在上述快速热退火装置中，所述卤素灯阵列按平行排列。

在上述快速热退火装置中，在所述卤素灯阵列中，卤素灯之间的间距为1至5厘米，平整度为±5毫米。

在上述快速热退火装置中，所述卤素灯阵列按插指状排列。

在上述快速热退火装置中，在所述卤素灯阵列中，卤素灯相互错开1/2的卤素灯长度，列与列之间的距离为1至5厘米，平整度为±5毫米。

在上述快速热退火装置中，所述坩埚为石墨坩埚、石英坩埚或其它耐高温的陶瓷坩埚。

在上述快速热退火装置中，所述坩埚的宽度大于薄膜的宽度。

在上述快速热退火装置中，所述衬底架具有用于放置衬底的凹槽，其中要进行退火的衬底表面向下放置。

在上述快速热退火装置中，还包括：真空系统，用于实现快速热退火装置的真空。

在上述快速热退火装置中，所述真空系统为机械泵、罗茨泵、分子泵、扩散泵或其任意组合。

在上述快速热退火装置中，还包括：供气系统，用于提供保护气体，以便实现在特定气体条件下的保护气体退火。

在上述快速热退火装置中，还包括：第一固定调节装置，所述第一固定调节装置用于固定衬底承载单元，并且调节衬底与加热装置之间的距离；和第二固定调节装置，所述第二固定调节装置用于固定加热装置，并且调节所述加热装置与所述坩埚、所述加热装置与所述衬底承载单元之间的距离。

在上述快速热退火装置中，还包括：分别用于测量衬底、加热装置和坩埚内温度的第一、第二和第三温度检测装置。

在上述快速热退火装置中，所述第一、第二和第三温度检测装置为K型热电偶。

与现有技术相比，本申请至少具有如下优点：第一，本申请的快速热退火装置能提供45℃/s的快速升温；第二，本申请的快速热退火装置能够实现在特定气氛下进行热退火，满足制造例如薄膜太阳能电池等的需要；第三，为了保证加热的均匀性，在本申请的快速热退火装置的实例中提出了平行排列和插指排列的卤素灯阵列；第四，除了可以使用固体气氛外，本申请的快速热退火装置还可外接真空系统和供气系统，从而实现真空和保护气体环境下的快速退火。

附图说明

图1是根据本申请的一个实施例的快速热退火装置的结构示意图；

图2是图1的快速热退火装置的局部放大图；

图3是根据本申请的另一个实施例的快速热退火装置的结构示意图；