CN107742612A - 晶圆退火处理设备及退火处理方法 - Google Patents

晶圆退火处理设备及退火处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种晶圆退火处理设备及退火方法，设备包括晶圆存放装置，用于存放待处理晶圆；预热装置，接收晶圆存放装置中的待处理晶圆并将其加热至第一温度；退火腔室，用于接收预热装置中的具有第一温度的待处理晶圆，并将其加热至退火温度以对待处理晶圆进行退火处理；降温装置，用于接收退火腔室中的具有退火温度的待处理晶圆，并将其降温至第二温度，以完成退火处理。通过上述方案，本发明提供的晶圆退火处理设备及方法，设置一个预热装置，缩短在退火腔室中加热的时间，大幅度提高产出；避免在退火腔室中加热时温差相对较大，导致加热灯泡的使用寿命短，更换以及维修频率较高的问题；可以提高晶圆受热均匀性，缓解晶圆处理过程中变形的问题。

Description

晶圆退火处理设备及退火处理方法
技术领域
本发明属于半导体结构处理工艺及设备技术领域，特别是涉及一种晶圆退火处理设备及晶圆退火处理的方法。
背景技术
在集成电路制造过程中，对晶圆进行退火处理时常见的处理工艺，特别是，现代的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等芯片在进行了离子注入以后，都会用快速高温退火(RTP，Rapid Thermal Processing)来完成缺陷修复以及实现晶格的规则排列。通常，离子注入会将原子撞出晶格结构而造成晶格损伤，必须通过足够高温度的热处理，才能具有电活性，并消除注入损伤，快速热退火是用极快的升温和在目标温度一定的持续时间对晶圆片进行处理。
然而，在现有的快速热退火处理的工艺中，都是单片圆片在一个腔体里完成从室温加热到所需的工艺温度，再进行降温，完成整步工艺，在这样的处理工艺中，一方面，整个工艺过程，进行预热的时间比较长，真正的起到反应效果的处理时间相对比较短，另一方面，晶圆片在退火腔室中的工艺时间较长，影响晶圆退火处理的工艺周期，同时，在退火腔室中进行加热时的温差相对较大，如采用加热灯泡对退火腔室进行加热，会导致加热灯泡的使用寿命较短，加热灯泡的更换以及维修频率较高，另外，也会导致晶圆受热的均匀性较差，也容易导致被处理的晶圆容易发生变形。
因此，如何提供一种晶圆退火处理的设备以及晶圆退火处理的方法，以解决现有技术中晶圆退火时预热时间长、晶圆受热均匀性差以及工艺周期长等问题实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆退火处理设备及退火处理方法，用于解决现有技术中晶圆退火时预热时间长、晶圆受热均匀性差以及工艺周期长等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆退火处理设备，包括：
晶圆存放装置，用于存放待处理晶圆；
预热装置，用于接收所述晶圆存放装置中的所述待处理晶圆，并将其加热至第一温度；
退火腔室，所述退火腔室用于接收所述预热装置中的具有所述第一温度的待处理晶圆，并将其加热至退火温度以对所述待处理晶圆进行退火处理，其中，所述第一温度低于所述退火温度；以及
降温装置，用于接收所述退火腔室中的具有所述退火温度的待处理晶圆，并将其降温至第二温度，以完成对所述待处理晶圆的退火处理。
作为本发明的一种优选方案，所述退火腔室还可以在将所述待处理晶圆被加热至所述退火温度后，将所述退火腔室内的温度降温至所述第一温度附近。
作为本发明的一种优选方案，所述降温装置位于所述退火腔室与所述晶圆存放装置之间，所述降温装置具有降温腔以及与所述降温腔相连通的气体入口，其中，冷却气体通过所述气体入口进入所述降温腔，以对所述降温腔内的待处理晶圆进行降温。
作为本发明的一种优选方案，所述降温装置内设置有若干个晶圆支架，每个所述晶圆支架用于支撑单片所述待处理晶圆，所述晶圆支架的数量依据所述待处理晶圆在所述退火腔室中加热至所述退火温度的时间和退火时间，以及所述待处理晶圆在所述降温装置中降温至所述第二温度的时间而设定。
作为本发明的一种优选方案，每个所述晶圆支架处设置有温度传感器，用于监测所述晶圆支架上的待处理晶圆的温度。
作为本发明的一种优选方案，所述晶圆退火处理设备还包括：
第一晶圆转移装置，用于将所述待处理晶圆自所述晶圆存放装置转移至所述预热装置，以及将所述待处理晶圆自所述降温装置转移至所述晶圆存放装置；以及
第二晶圆转移装置，用于将所述待处理晶圆自所述预热装置转移至所述退火腔室，以及将所述待处理晶圆自所述退火腔室转移至所述降温装置。
作为本发明的一种优选方案，所述第一晶圆转移装置以及所述第二晶圆转移装置均为机械手臂。
作为本发明的一种优选方案，所述预热装置为加热器，且所述加热器设置于所述晶圆存放装置与所述退火腔室之间。
作为本发明的一种优选方案，所述加热器内设置有若干个晶圆支架，每个所述晶圆支架用于支撑单片所述待处理晶圆，其中，所述晶圆支架的数量依据所述待处理晶圆在所述退火腔室中加热至所述退火温度的时间和退火时间，以及所述待处理晶圆在所述预热装置中升温至所述第一温度的时间而设定。
作为本发明的一种优选方案，所述退火腔室内设置有加热灯泡，所述加热灯泡用于对所述退火腔室进行加热。
作为本发明的一种优选方案，所述待处理晶圆为经过离子注入后的晶圆，所述第一温度的范围为200～500℃。
本发明还提供一种晶圆退火处理方法，包括如下步骤：
1)提供一如上述任意一项方案所述的晶圆退火处理设备，并将待处理晶圆放置于所述晶圆存放装置中；
2)将所述待处理晶圆自所述晶圆存放装置转移至所述预热装置，并在所述预热装置内将所述待处理晶圆加热至第一温度；
3)将具有所述第一温度的待处理晶圆自所述预热装置转移至所述退火腔室中，并在所述退火腔室内将所述待处理晶圆加热至退火温度以对所述待处理晶圆进行退火处理，其中，所述第一温度低于所述退火温度；以及
将具有所述退火温度的待处理晶圆自所述退火腔室转移至所述降温装置，并在所述降温装置内将所述待处理晶圆降温至第二温度，以完成对所述待处理晶圆的退火处理。
作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，还包括对所述待处理晶圆进行温度监测的步骤。
作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，所述预热装置接收所述待处理晶圆时的温度为所述第一温度；步骤3)中，所述退火腔室接收所述待处理晶圆时的温度与所述第一温度相同；步骤4)中，所述降温装置接收所述待处理晶圆时的温度与所述第二温度相同。
作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，通过加热器实现对所述待处理晶圆的加热；步骤3)中，通过设置于所述退火腔室内的加热灯泡实现对所述待处理晶圆的加热；步骤4)中，所述降温装置具有降温腔以及与所述降温腔相连通的气体入口，通过经由所述气体入口向所述降温腔内通入的冷却气体实现对所述降温腔内的所述待处理晶圆的降温。
作为本发明的一种优选方案，对所述待处理晶圆进行步骤3)的处理的同时，还包括对另外至少一片待处理晶圆进行步骤2)的处理的步骤。
如上所述，本发明的晶圆退火处理设备及晶圆退火处理方法，具有以下有益效果：
1)本发明提供的晶圆退火处理设备及方法，整个退火处理工艺过程，设置一个预热装置，缩短在退火腔室中进行加热的时间，大幅度提高了产出；
2)本发明提供的晶圆退火处理设备及方法，避免了在退火腔室中进行加热时的温差相对较大，会导致加热灯泡的使用寿命短，加热灯泡的更换以及维修频率较高的问题；
3)本发明提供的晶圆退火处理设备及方法，可以提高晶圆受热的均匀性，缓解晶圆被处理过程中容易发生变形的问题。
附图说明
图1显示为本发明提供的晶圆退火处理设备的结构示意图。
图2显示为本发明提供的晶圆退火处理方法的工艺过程温度-时间曲线图。
图3显示为本发明提供的晶圆退火处理方法的另外一种工艺过程温度-时间曲线图。
图4显示为本发明提供的晶圆退火处理方法的工艺流程示意图。
元件标号说明
11,12 晶圆存放装置
21 预热装置
31,32 退火腔室
41 降温装置
51 第一晶圆转移装置
52 第二晶圆转移装置
S1～S3 步骤1)～步骤3)
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图1～3所示，本发明提供一种晶圆退火处理设备，包括：
晶圆存放装置11，用于存放待处理晶圆；
预热装置21，用于接收所述晶圆存放装置11中的所述待处理晶圆，并将其加热至第一温度；以及
退火腔室31，所述退火腔室31用于接收所述预热装置21中的具有所述第一温度的待处理晶圆，并将其加热至退火温度以对所述待处理晶圆进行退火处理，其中，所述第一温度低于所述退火温度；以及
降温装置41，用于接收所述退火腔室31中的具有所述退火温度的待处理晶圆，并将其降温至第二温度，以完成对所述待处理晶圆的退火处理。
具体的，所述退火温度是指对待处理晶圆进行退火时需要达到的反应温度，当然，还包括在所述退火腔室内对具有所述退火温度的待处理晶圆保持一退火时间的步骤，所述退火时间是指将待处理晶圆保持在一定的时间，使其达到所需要得到的退火效果的时间。另外，本发明在所述晶圆存放装置11与所述退火腔室31之间增设了预热装置12，用于将对待处理晶圆预热过程在所述预热装置21中进行，一方面，这种设置使得晶圆的退火加热过程分别在两个装置中进行，且两个装置可以同时对不同的待处理晶圆进行处理，极大的减少的待处理晶圆的等待时间，缩短了晶圆片的退火腔室中的工艺时间，大幅度提高了产出；另一方面，减少了所述反应降温装置的反应腔体中的升温范围，如由现有技术中的200～1100℃，减小为500～1100℃，其中，200℃为工艺腔体里的灯泡在不升温时也不是完全关的，会保持一个低的功率，工艺腔体的温度保持在200℃左右，500℃为设定的所述第一温度，1100℃为退火温度，从而有效提高了反应腔体中灯泡的使用寿命，减少了加热灯泡的更换维修频率。
另外，本实施例的装置还可以设置多个晶圆存放装置、多个所述退火腔室、多个预热装置以及后续增设的多个降温装置，其中，多个晶圆存放装置如图1中11和12所示，多个退火腔室如图1中31和32所示。
作为示例，所述退火腔室31还可以在将所述待处理晶圆被加热至所述退火温度后，将所述退火腔室内的温度降温至所述第一温度附近。
具体的，这里的附近是指所述第一温度上下浮动50℃的范围，可以在所述退火腔室内将待处理晶圆加热至退火温度，或有需要，并保持一退火时间后，将所述退火腔室内的温度降温至所述第一温度附近，从而可以保证在下一片待处理晶圆放置于退火腔室后直接进行升温的步骤，提高工艺效率。
作为示例，所述降温装置41位于所述退火腔室31与所述晶圆存放装置11之间，所述降温装置41具有降温腔以及与所述降温腔相连通的气体入口，其中，冷却气体通过所述气体入口进入所述降温腔，以对所述降温腔内的待处理晶圆进行降温。
具体的，本发明还在所述退火腔室31以及所述晶圆存放装置11之间增设所述降温装置41，用于对待处理晶圆进行降温处理，从而将现有的退火工艺分成预热、升温以及降温三个步骤，分别在三个装置中完成，类似于所述预热装置，从而进一步缩短了待处理晶圆在所述退火腔室中的工艺时间，减少了等待时间，提高产出。另外，本实施例中，所述降温装置41选取气体冷却的方式，将冷却气体，如氮气(N2)通入所述降温装置41，以对所述降温装置中的待处理晶圆进行降温，以最终完成晶圆退火处理的工艺。当然，所述冷却装置的冷却方式并不以此为限，可以采用本领域普通技术人员熟知的任意方式。
作为示例，所述降温装置41内设置有若干个晶圆支架，每个所述晶圆支架用于支撑单片所述待处理晶圆，所述晶圆支架的数量依据所述待处理晶圆在所述退火腔室中加热至所述退火温度的时间和退火时间，以及所述待处理晶圆在所述降温装置中降温至所述第二温度的时间而设定。
具体的，在本实施例中，所述降温装置41内还设置有晶圆支架，所述晶圆支架的数量对应所述降温装置中可以放置的待处理晶圆的数量，其中，待处理晶圆在所述退火腔室中经历升温至所述退火温度的时间，以及保持的退火时间，所述退火时间以实际处理的产品设定，可以为0s等，在降温装置中，经历由退火温度降至所述第二温度的时间，在尽量减少等待时间，且不影响下一片晶圆的退火工艺的前提下，尽量节约能源，以设置降温装置中可放置的待处理晶圆的数量，若退火腔室中的退火处理的时间较长，则可以在降温装置中设置尽量多的晶圆支架，所述晶圆支架的数量如12个。
作为示例，每个所述晶圆支架处设置有温度传感器，用于监测所述晶圆支架上的待处理晶圆的温度。
具体的，本实施例中，在所述降温装置中还对应所述待处理晶圆设置有多个温度传感器，以监测降温过程中待处理晶圆的温度，从而可以及时判断降温过程中的温度，及时进行下一步处理，节约时间，提高了退火处理的效率。
作为示例，所述晶圆退火处理设备还包括：
第一晶圆转移装置51，用于将所述待处理晶圆自所述晶圆存放装置11转移至所述预热装置21，以及将所述待处理晶圆自所述降温装置41转移至所述晶圆存放装置11；以及
第二晶圆转移装置52，用于将所述待处理晶圆自所述预热装置21转移至所述退火腔室，以及将所述待处理晶圆自所述退火腔室转移至所述降温装置41。
作为示例，所述第一晶圆转移装置51以及所述第二晶圆转移装置52均为机械手臂。
具体的，本实施例中，采用机械手臂实现待处理晶圆在不同晶圆退火处理装置之间转移。
作为示例，所述预热装置21为加热器，且所述加热器设置于所述晶圆存放装置11与所述退火腔室31之间。
作为示例，所述加热器内设置有若干个晶圆支架，每个所述晶圆支架用于支撑单片所述待处理晶圆，其中，所述晶圆支架的数量依据所述待处理晶圆在所述退火腔室中加热至所述退火温度的时间和退火时间，以及所述待处理晶圆在所述预热装置中升温至所述第一温度的时间而设定。
具体的，本实施例中的所述预热装置21选择为加热器，所述加热器用于使整个空间处于恒定的温度，同样，在本实施例中所述选取的降温装置中，也具有温度恒定的特点，基于此，采用预热装置21(相当于一个保温箱)和/或降温装置41(相当于一个冰箱)的晶圆退火处理设备，相对于现有的灯泡加热的方式来说，待处理晶圆经处理后的均匀性更好，且待处理晶圆在退火处理过程中不易变形。
另外，所述加热器内还设置有晶圆支架，所述晶圆支架的数量对应所述加热器中可以放置的待处理晶圆的数量，其中，待处理晶圆在所述退火腔室中经历升温至所述退火温度的时间，以及多保持的退火时间，在预热装置中，经历升温至所述第一温度的时间，在尽量减少等待时间，且不影响下一片晶圆的退火工艺的前提下，尽量节约能源，以设置预热装置中可放置的待处理晶圆的数量，若退火腔室中的退火处理的时间较长，则可以在预热装置中设置尽量少的晶圆支架，所述晶圆支架的数量如6个。
作为示例，所述退火腔室内设置有加热灯泡，用于对所述退火腔室进行加热。
具体的，本实施例中退火腔室中通过加热灯泡进行加热处理，采用预热装置21(相当于一个保温箱)和/或降温装置41(相当于一个冰箱)的晶圆退火处理设备，减少了所述退火腔室31的反应腔体中的升温范围，从而有效提高了反应腔体中灯泡的使用寿命，减少了加热灯泡的更换维修频率。
作为示例，所述待处理晶圆为经过离子注入后的晶圆，所述第一温度的范围为200～500℃，所述第二温度为室温。
具体的，本实施例中，所述待处理晶圆为经过离子注入后需要进行快速退火热处理，以修复缺陷，并实现晶格规则排列的待处理晶圆，其中，选择第一温度小于等于500℃，是由于，500℃是个分界温度，因为500℃及以下对晶圆里面的离子植入的掺杂几乎不会有影响，不会被激活也不会扩散，所以晶圆在里面放的时间长短不需要精确控制，尽量选择接近500℃进行预加热，可以减少晶圆后续进入工艺腔体里快速升温的温度范围，温度差太多进行快速加热，晶圆容易形变，优选地，所述第一温度大于200℃，可以有更好提高退火效果以及工艺效率；所述第二温度选择为26℃，但并不以此为限，只要可以实现降温完成晶圆退火的温度即可。
如图1～4所示，本发明提供一种晶圆退火处理方法，其中，所述晶圆退火处理方法为采用本发明提供的晶圆处理装置进行晶圆退火处理的方法，包括如下步骤：
1)提供一如本实施例中任意一种方案所述的晶圆退火处理设备，并将待处理晶圆放置于所述晶圆存放装置11中；
2)将所述待处理晶圆自所述晶圆存放装置11转移至所述预热装置21，并在所述预热装置21内将所述待处理晶圆加热至第一温度；
3)将具有所述第一温度的待处理晶圆自所述预热装置21转移至所述退火腔室31中，并在所述退火腔室31内将所述待处理晶圆加热至退火温度，然后将具有所述退火温度的待处理晶圆降温至第二温度，以完成对所述待处理晶圆的退火处理；以及
4)将具有所述退火温度的待处理晶圆自所述退火腔室转移至所述降温装置，并在所述降温装置内将所述待处理晶圆降温至第二温度，以完成对所述待处理晶圆的退火处理。
具体的，所述退火温度是指对待处理晶圆进行退火时需要达到的反应温度，所述退火时间是指将待处理晶圆保持在一定的时间，使其达到所需要得到的退火效果的时间。另外，本发明在所述晶圆存放装置11与所述退火腔室31之间增设了预热装置12，用于将对待处理晶圆预热过程在所述预热装置21中进行，一方面，这种设置使得晶圆的退火加热过程分别在两个装置中进行，且两个装置可以同时对不同的待处理晶圆进行处理，极大的减少的待处理晶圆的等待时间，缩短了晶圆片的退火腔室中的工艺时间，大幅度提高了产出；另一方面，减少了所述退火腔室31的反应腔体中的升温范围，如由现有技术中的200～1100℃，减小为500～1100℃，其中，200℃为工艺腔体里的灯泡在不升温时也不是完全关的，会保持一个低的功率，工艺腔体的温度保持在200℃左右，500℃为设定的所述第一温度，1100℃为退火温度，从而有效提高了反应腔体中灯泡的使用寿命，减少了加热灯泡的更换维修频率。
另外，本发明还在所述退火腔室31以及所述晶圆存放装置11之间增设所述降温装置41，用于对待处理晶圆进行降温处理，从而将现有的退火工艺分成预热、升温以及降温三个步骤，分别在三个装置中完成，类似于所述预热装置，从而进一步缩短了待处理晶圆在所述退火腔室中的工艺时间，减少了等待时间，提高产出。另外，本实施例中，所述降温装置41选取气体冷却的方式，将冷却气体，如氮气(N2)通入所述降温装置41，以对所述降温装置中的待处理晶圆进行降温，以最终完成晶圆退火处理的工艺。当然，所述冷却装置的冷却方式并不以此为限，可以采用本领域普通技术人员熟知的任意方式。
作为示例，所述待处理晶圆为经过离子注入后的晶圆；所述第一温度的范围为200～500℃；所述第二温度为室温。
具体的，本实施例中，所述待处理晶圆为经过离子注入后需要进行快速退火热处理，以修复缺陷，并实现晶格规则排列的待处理晶圆，其中，选择第一温度小于等于500℃，是由于，500℃是个分界温度，因为500℃及以下对晶圆里面的离子植入的掺杂几乎不会有影响，不会被激活也不会扩散，所以晶圆在里面放的时间长短不需要精确控制，尽量选择接近500℃进行预加热，可以减少晶圆后续进入工艺腔体里快速升温的温度范围，温度差太多进行快速加热，晶圆容易形变，优选地，所述第一温度大于200℃，可以有更好提高退火效果以及工艺效率。
另外，所述第二温度选择为26℃，但并不以此为限，只要可以实现降温完成晶圆退火的温度即可。所述退火温度为800～1300℃，本实施例中选择为1100℃，依据实际需求而定，所述退火时间依据实际需求而定，大于等于0s，如图2和图3所示，对于不同的晶圆退火处理，有的需要较长的退火时间，有的可以加热至所需的退火温度时，直接降温即可。
作为示例，步骤4)中，还包括对所述待处理晶圆进行温度监测，其中，所述降温装置41内设置有若干个晶圆支架，每个所述晶圆支架用于支撑单片所述待处理晶圆，且每个所述晶圆支架处设置有温度传感器，以实现对所述温度传感器对应的所述晶圆支架上的待处理晶圆的温度监测。
具体的，在本实施例中，所述降温装置41内还设置有晶圆支架，所述晶圆支架的数量对应所述降温装置中可以放置的待处理晶圆的数量，其中，待处理晶圆在所述退火腔室中经历升温至所述退火温度的时间，以及多保持的退火时间，在降温装置中，经历由退火温度降至所述第二温度的时间，在尽量减少等待时间，且不影响下一片晶圆的退火工艺的前提下，尽量节约能源，以设置降温装置中可放置的待处理晶圆的数量，若退火腔室中的退火处理的时间较长，则可以在降温装置中设置尽量多的晶圆支架，所述晶圆支架的数量如12个。
具体的，本实施例中，在所述降温装置中还对应所述待处理晶圆设置有多个温度传感器，以监测降温过程中待处理晶圆的温度，从而可以及时判断降温过程中的温度，及时进行下一步处理，节约时间，提高了退火处理的效率。
作为示例，步骤2)中，所述预热装置接收所述待处理晶圆时的温度为所述第一温度；步骤3)中，所述退火腔室接收所述待处理晶圆时的温度与所述第一温度相同；步骤4)中，所述降温装置接收所述待处理晶圆时的温度与所述第二温度相同。也就是说，至少在步骤1)中保持所述预热装置21的温度为所述第一温度；至少在步骤2)中保持所述退火腔室内的温度与所述第一温度相同；至少在步骤3)中保持所述降温装置41内的温度与所述第二温度相同。
具体的，至少在将所述待处理晶圆放置于所述预热装置过程中，就将所述预热装置保持在设定的第一温度之下，优选为，所述预热装置在整个处理过程中一直保持在预热温度之下，以使不同晶圆之间连续过度，至少在将待处理晶圆放置于所述退火腔室之前就保持所述退火腔室的温度与所述预热装置中的温度相同，节约工艺成本，保持晶圆处理的工艺稳定性，同样的道理，在将待处理晶圆放置于降温装置之前就将所述降温装置中的温度降至第二温度。
作为示例，所述晶圆退火处理设备还包括：第一晶圆转移装置51，用于将所述待处理晶圆自所述晶圆存放装置11转移至所述预热装置21，以及将所述待处理晶圆自所述降温装置41转移至所述晶圆存放装置11；以及第二晶圆转移装置52，用于将所述待处理晶圆自所述预热装置21转移至所述退火腔室，以及将所述待处理晶圆自所述退火腔室转移至所述降温装置41。作为示例，所述第一晶圆转移装置51为机械手臂，所述第二晶圆转移装置52为机械手臂。本实施例中，采用机械手臂实现待处理晶圆在不同晶圆退火处理装置之间转移。
作为示例，步骤2)中，所述预热装置21为加热器，通过所述加热器实现对所述待处理晶圆的加热；步骤3)中，所述退火腔室内设置有加热灯泡，通过所述加热灯泡实现对所述待处理晶圆的加热；步骤4)中，所述降温装置41具有降温腔以及与所述降温腔相连通的气体入口，通过向所述降温腔内通入冷却气体，以实现对所述降温腔内的所述待处理晶圆的降温。作为示例，所述预热装置21为加热器，且所述加热器设置于所述晶圆存放装置11与所述退火腔室31之间。
作为示例，所述加热器内设置有若干个晶圆支架，每个所述晶圆支架用于支撑单片所述待处理晶圆，其中，所述晶圆支架的数量依据所述待处理晶圆在所述退火腔室中升温至所述退火温度的时间和所述退火时间，以及所述待处理晶圆在所述预热装置中升温至所述第一温度的时间而设定。
具体的，本实施例中的所述预热装置21选择为加热器，所述加热器用于使整个空间处于恒定的温度，同样，在本实施例中所述选取的降温装置中，也具有温度恒定的特点，基于此，采用预热装置21(相当于一个保温箱)和/或降温装置41(相当于一个冰箱)的晶圆退火处理设备，相对于现有的灯泡加热的方式来说，待处理晶圆经处理后的均匀性更好，且待处理晶圆在退火处理过程中不易变形。
另外，所述加热器内还设置有晶圆支架，所述晶圆支架的数量对应所述加热器中可以放置的待处理晶圆的数量，其中，待处理晶圆在所述退火腔室中经历升温至所述退火温度的时间，以及多保持的退火时间，在预热装置中，经历升温至所述第一温度的时间，在尽量减少等待时间，且不影响下一片晶圆的退火工艺的前提下，尽量节约能源，以设置预热装置中可放置的待处理晶圆的数量，若退火腔室中的退火处理的时间较长，则可以在预热装置中设置尽量少的晶圆支架，所述晶圆支架的数量如6个。
作为示例，所述退火腔室内设置有加热灯泡，用于对所述退火腔室进行加热。具体的，本实施例中退火腔室中通过加热灯泡进行加热处理，采用预热装置21(相当于一个保温箱)和/或降温装置41(相当于一个冰箱)的晶圆退火处理设备，减少了所述退火腔室31的反应腔体中的升温范围，从而有效提高了反应腔体中灯泡的使用寿命，减少了加热灯泡的更换维修频率。
作为示例，，对所述待处理晶圆进行步骤3)的处理的同时，还包括对另外至少一片待处理晶圆进行步骤2)的处理的步骤，也就是说，存放于所述晶圆存放装置11中的待处理晶圆的数量至少为两片，对其中一片所述待处理晶圆进行步骤3)的处理的同时，对另外至少一片所述待处理晶圆进行步骤2)的处理。
具体的，采用本实施例所提供的晶圆退火处理设备及退火处理方法，可以多片晶圆同时进行不同的退火处理步骤，从而极大地提高了产出。
综上所述，本发明提供一种晶圆退火处理设备及晶圆退火处理方法，晶圆退火处理设备包括晶圆存放装置，用于存放待处理晶圆；预热装置，用于接收所述晶圆存放装置中的所述待处理晶圆，并将其加热至第一温度；退火腔室，所述退火腔室用于接收所述预热装置中的具有所述第一温度的待处理晶圆，并将其加热至退火温度以对所述待处理晶圆进行退火处理，其中，所述第一温度低于所述退火温度，以及降温装置，用于接收所述退火腔室中的具有所述退火温度的待处理晶圆，并将其降温至第二温度，以完成对所述待处理晶圆的退火处理。通过上述技术方案，1)本发明提供的晶圆退火处理设备及方法，整个退火处理工艺过程，设置一个预热装置，缩短在退火腔室中进行加热的时间，大幅度提高了产出；2)本发明提供的晶圆退火处理设备及方法，避免了在退火腔室中进行加热时的温差相对较大，会导致加热灯泡的使用寿命短，加热灯泡的更换以及维修频率较高的问题；3)本发明提供的晶圆退火处理设备及方法，可以提高晶圆受热的均匀性，缓解晶圆被处理过程中容易发生变形的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种晶圆退火处理设备，其特征在于，包括：
晶圆存放装置，用于存放待处理晶圆；
预热装置，用于接收所述晶圆存放装置中的所述待处理晶圆，并将其加热至第一温度；
退火腔室，所述退火腔室用于接收所述预热装置中的具有所述第一温度的待处理晶圆，并将其加热至退火温度以对所述待处理晶圆进行退火处理，其中，所述第一温度低于所述退火温度；以及
降温装置，用于接收所述退火腔室中的具有所述退火温度的待处理晶圆，并将其降温至第二温度，以完成对所述待处理晶圆的退火处理。
2.根据权利要求1所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，所述退火腔室还可以在将所述待处理晶圆被加热至所述退火温度后，将所述退火腔室内的温度降温至所述第一温度附近。
3.根据权利要求1所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，所述降温装置位于所述退火腔室与所述晶圆存放装置之间，所述降温装置具有降温腔以及与所述降温腔相连通的气体入口，其中，冷却气体通过所述气体入口进入所述降温腔，以对所述降温腔内的待处理晶圆进行降温。
4.根据权利要求1所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，所述降温装置内设置有若干个晶圆支架，每个所述晶圆支架用于支撑单片所述待处理晶圆，所述晶圆支架的数量依据所述待处理晶圆在所述退火腔室中加热至所述退火温度的时间和退火时间，以及所述待处理晶圆在所述降温装置中降温至所述第二温度的时间而设定。
5.根据权利要求4所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，每个所述晶圆支架处设置有温度传感器，用于监测所述晶圆支架上的待处理晶圆的温度。
6.根据权利要求1所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，所述晶圆退火处理设备还包括：
第一晶圆转移装置，用于将所述待处理晶圆自所述晶圆存放装置转移至所述预热装置，以及将所述待处理晶圆自所述降温装置转移至所述晶圆存放装置；以及
第二晶圆转移装置，用于将所述待处理晶圆自所述预热装置转移至所述退火腔室，以及将所述待处理晶圆自所述退火腔室转移至所述降温装置。
7.根据权利要求6所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，所述第一晶圆转移装置以及所述第二晶圆转移装置均为机械手臂。
8.根据权利要求1所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，所述预热装置为加热器，且所述加热器设置于所述晶圆存放装置与所述退火腔室之间。
9.根据权利要求8所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，所述加热器内设置有若干个晶圆支架，每个所述晶圆支架用于支撑单片所述待处理晶圆，其中，所述晶圆支架的数量依据所述待处理晶圆在所述退火腔室中加热至所述退火温度的时间和退火时间，以及所述待处理晶圆在所述预热装置中升温至所述第一温度的时间而设定。
10.根据权利要求1所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，所述退火腔室内设置有加热灯泡，所述加热灯泡用于对所述退火腔室进行加热。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的晶圆退火处理设备，其特征在于，所述待处理晶圆为经过离子注入后的晶圆，所述第一温度的范围为200～500℃。
12.一种晶圆退火处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)提供一如权利要求1～11中任意一项所述的晶圆退火处理设备，并将待处理晶圆放置于所述晶圆存放装置中；
2)将所述待处理晶圆自所述晶圆存放装置转移至所述预热装置，并在所述预热装置内将所述待处理晶圆加热至第一温度；
3)将具有所述第一温度的待处理晶圆自所述预热装置转移至所述退火腔室中，并在所述退火腔室内将所述待处理晶圆加热至退火温度以对所述待处理晶圆进行退火处理，其中，所述第一温度低于所述退火温度；以及
4)将具有所述退火温度的待处理晶圆自所述退火腔室转移至所述降温装置，并在所述降温装置内将所述待处理晶圆降温至第二温度，以完成对所述待处理晶圆的退火处理。
13.根据权利要求12所述的晶圆退火处理方法，其特征在于，步骤4)中，还包括对所述待处理晶圆进行温度监测的步骤。
14.根据权利要求12所述的晶圆退火处理方法，其特征在于，步骤2)中，所述预热装置接收所述待处理晶圆时的温度为所述第一温度；步骤3)中，所述退火腔室接收所述待处理晶圆时的温度与所述第一温度相同；步骤4)中，所述降温装置接收所述待处理晶圆时的温度与所述第二温度相同。
15.根据权利要求12所述的晶圆退火处理方法，其特征在于，步骤2)中，通过加热器实现对所述待处理晶圆的加热；步骤3)中，通过设置于所述退火腔室内的加热灯泡实现对所述待处理晶圆的加热；步骤4)中，所述降温装置具有降温腔以及与所述降温腔相连通的气体入口，通过经由所述气体入口向所述降温腔内通入的冷却气体实现对所述降温腔内的所述待处理晶圆的降温。
16.根据权利要求12～15中任意一项所述的晶圆退火处理方法，其特征在于，对所述待处理晶圆进行步骤3)的处理的同时，还包括对另外至少一片待处理晶圆进行步骤2)的处理的步骤。
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