CN114171384A - 半导体退火设备及其控制方法 - Google Patents

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CN114171384A CN202111495304.6A CN202111495304A CN114171384A CN 114171384 A CN114171384 A CN 114171384A CN 202111495304 A CN202111495304 A CN 202111495304A CN 114171384 A CN114171384 A CN 114171384A
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Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Shanghai IC Equipment Material Industry Innovation Center Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种半导体退火设备及其控制方法。所述半导体退火设备包括3N个定位部、3N个调整部、移动控制部、第一加热部和第二加热部。3N个所述定位部的每个第二承托结构的自由端靠近所围成的工艺承载区的边缘，增加了目标晶圆的受热面积，以利于同时对所述目标晶圆的正背面进行加热，提高了工艺效率和加热均匀性；相邻第所述二承托结构之间的距离允许所述调整部的第一承托结构通过，设置所述移动控制部控制3N个所述调整部的运动，能够以带动3N个所述第一承托结构进行运动，从而快速调整所述目标晶圆和所述工艺承载区之间的相对位置关系，提高了工艺效率。

Description

半导体退火设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及半导体退火设备及其控制方法。
背景技术
现有技术的半导体退火设备的载片台采用完全接触晶圆背面的方式对晶圆进行承载。由于不能在载片台下方设置加热器件，如要对晶圆背面进行加热，还需要对晶圆进行移出和翻转后再放入载片台，显著影响退火工艺的效率。
因此，有必要开发一种新型的半导体退火设备及其控制方法以解决现有技术存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体退火设备及其控制方法，以有利于提高工艺效率和加热均匀性。
为实现上述目的，本发明的半导体退火设备包括：
3N个调整部，围成能够容纳目标晶圆的转移承载区，每个所述调整部包括第一承托结构，所述第一承托结构的自由端靠近所述转移承载区的中心；
3N个定位部，围成能够容纳所述目标晶圆的工艺承载区，每个所述定位部包括第二承托结构，所述第二承托结构的自由端靠近所述工艺承载区的边缘，相邻所述第二承托结构之间的距离允许所述第一承托结构通过；
移动控制部，通信连接3N个所述调整部，以带动3N个所述第一承托结构进行运动，从而调整所述目标晶圆和所述工艺承载区之间的相对位置关系；N为大于等于1的正整数。
本发明的半导体退火设备的有益效果在于：3N个所述定位部的每个第二承托结构的自由端靠近所围成的工艺承载区的边缘，增加了目标晶圆的受热面积，以利于后续同时对所述目标晶圆的正背面进行加热，提高了工艺效率和加热均匀性；相邻第所述二承托结构之间的距离允许所述调整部的第一承托结构通过，设置所述移动控制部控制3N个所述调整部的运动，能够以带动3N个所述第一承托结构进行运动，从而快速调整所述目标晶圆和所述工艺承载区之间的相对位置关系，提高了工艺效率。
优选的，所述半导体退火设备还包括第一加热部和第二加热部，所述第一加热部和所述第二加热部分别朝向所述工艺承载区的两侧设置，以加热所述目标晶圆的正面和背面。
优选的，所述第二承托结构为透光导热承托结构。其有益效果在于：提高对目标晶圆的加热均匀性。
优选的，所述第二承托结构包括凸起结构，以接触所述目标晶圆。其有益效果在于：增加目标晶圆的受热面积。
优选的，还包括通信连接所述移动控制部的位置信息获取部，所述位置信息获取部朝向所述工艺承载区的至少一侧设置，以获取并向所述移动控制部反馈所述目标晶圆的位置信息。其有益效果在于：准确将目标晶圆定位至工艺承载区。
优选的，每个所述调整部还包括相对所述第一承托结构倾斜设置的第一倾斜结构，所述第一倾斜结构与所述第一承托结构交汇形成第一限位区，3N个所述第一限位区限定所述转移承载区的范围。其有益效果在于：避免目标晶圆发生不必要的位置偏移。
优选的，每个所述定位部还包括相对所述第二承托结构倾斜设置的第二倾斜结构，所述第二倾斜结构与所述第二承托结构相接形成第二限位区，3N个所述第二限位区限定所述工艺承载区的范围。其有益效果在于：确保目标晶圆限位在所述工艺承载区的范围内，防止发生不必要的位置偏移。
进一步优选的，所述第二倾斜结构为透光导热倾斜结构。其有益效果在于：提高对目标晶圆的加热均匀性。
进一步优选的，3N个所述调整部和/或3N个所述定位部呈环形阵列分布。
进一步优选的，任意两个相邻的所述调整部和所述定位部之间形成的夹角相等。
本发明所述半导体退火设备的控制方法包括以下步骤：
S1：通过所述移动控制部控制3N个所述调整部和3N个所述定位部围成初始定位区，将目标晶圆放置于所述初始定位区；
S2：通过所述移动控制部判断是否需要对所述目标晶圆进行位置调整；
S3：控制3N个所述调整部远离3N个所述定位部运动，使每个所述第一承托结构承托所述目标晶圆，以及使每个所述第二承托结构解除与所述目标晶圆之间的接触关系；
S4：通过所述移动控制部控制3N个所述调整部进行位置调整，直至通过所述移动控制部判断所述目标晶圆的中心与所述工艺承载区的中心重合；
S5：通过所述移动控制部控制3N个所述调整部朝向3N个所述定位部运动的同时维持所述目标晶圆的中心与所述工艺承载区的中心重合，直至所述目标晶圆与每个所述第二承托结构相接触，且每个所述第一承托结构与所述目标晶圆解除接触关系。
本发明所述半导体退火设备的控制方法有益效果在于：通过所述步骤S2-S5能够快速调整所述目标晶圆和所述工艺承载区之间的相对位置关系，提高了工艺效率。
优选的，所述步骤S5执行完毕后，通过所述第一加热部和所述第二加热部对所述目标晶圆进行加热。其有益效果在于：有利于提高工艺效率和加热均匀性。
优选的，所述步骤S2中，通过所述移动控制部判断是否需要对所述目标晶圆进行位置调整的步骤包括：通过所述位置信息获取部获取并向所述移动控制部反馈所述目标晶圆的位置信息，所述移动控制部根据所述位置信息获取部反馈的所述目标晶圆的位置信息判断是否需要对所述目标晶圆进行位置调整。
附图说明
图1为本发明一些实施例的若干调整部的第一工作状态示意图；
图2为本发明一些实施例的若干调整部的第二工作状态示意图；
图3为本发明一些实施例的若干定位部的第一工作状态示意图；
图4为本发明一些实施例的若干定位部的第二工作状态示意图；
图5为本发明一些实施例的若干调整部和若干定位部的工作状态示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
本发明实施例提供了一种半导体退火设备，以提高工艺效率和加热均匀性。
本发明实施例的半导体退火设备包括3N个调整部和3N个定位部。N为大于等于1的正整数。
图1为本发明一些实施例的若干调整部的第一工作状态示意图。图2为本发明一些实施例的若干调整部的第二工作状态示意图。
参照图1和图2，3个调整部10围成能够容纳目标晶圆3的转移承载区1，每个所述调整部10包括第一承托结构101，所述第一承托结构101的自由端为调整部自由端104，所述调整部自由端104靠近所述转移承载区1的中心。
具体的，所述调整部自由端104靠近所述转移承载区1的中心，有效增加了所述第一承托结构101与所述目标晶圆3的接触面积，进一步确保所述目标晶圆3在转移过程中的运动平稳性。
具体的，所述第一承托结构101与所述目标晶圆3的接触方式不限，可以是面接触、线接触和点接触的至少一种，以若干所述第一承托结构101之间相互配合能够确保所述目标晶圆3在转移过程中的平稳性即可。
具体的，所述第一承托结构101的组成材料不限，所述第一承托结构101的组成材料以及表面性能以不损伤所述目标晶圆3并避免产生晶圆应力为要。
一些具体的实施例中，所述第一承托结构101的组成材料为石英。
一些实施例中，所有所述第一承托结构101呈环形阵列分布，以进一步确保所述目标晶圆3在转移过程中的运动平稳性。
一些实施例中，参照图1和图2，每个所述调整部10还包括相对所述第一承托结构101倾斜设置的第一倾斜结构102，所述第一倾斜结构102与所述第一承托结构101交汇形成第一限位区103，所有所述第一限位区103限定了所述转移承载区1的范围，以避免所述目标晶圆3发生不必要的位置偏移。即使所述目标晶圆3发生位置偏移而接触到所述第一倾斜结构102，在自身重力的作用下也能够滑落至所述第一承托结构101的顶面。
具体的，所有所述第一限位区103限定了所述转移承载区1的范围的含义为：参照图2，所述第一限位区103限定了所述目标晶圆3沿所述第一承托结构101顶面朝向所述第一倾斜结构102发生位移所能够到达的极限位置。
具体的，所述第一倾斜结构102的组成材料不限，以能够保证对所述第一承托结构101的支撑强度为要。
一些实施例中，所述第一倾斜结构102与所述第一承托结构101为一体化结构。
一些具体的实施例中，所述第一倾斜结构102的组成材料为石英。
图3为本发明一些实施例的若干定位部的第一工作状态示意图。图4为本发明一些实施例的若干定位部的第二工作状态示意图。
参照图3和图4，3个定位部20围成能够容纳目标晶圆(图中未标示)的工艺承载区2，每个所述定位部20包括第二承托结构201，所述第二承托结构201的自由端为定位部自由端205，所述定位部自由端205靠近所述工艺承载区2的边缘。
具体的，若干所述定位部20在退火工艺进行的过程中不仅要起到支撑目标晶圆的作用，为了提高工艺效率和目标晶圆的受热均匀性，所述定位部自由端205靠近所述工艺承载区2的边缘设置，能够通过若干所述定位部20将目标晶圆正背面的尽可能多的表面暴露出来。
一些实施例中，参照图3和图4，所述第二承托结构201包括凸起结构204，以接触所述目标晶圆3，增加所述目标晶圆3的暴露面积，提高受热均匀性。
一些具体的实施例中，所述凸起结构204通过点接触方式接触所述目标晶圆3。
一些实施例中，所述第二承托结构201不包含所述凸起结构204。所述第二承托结构201的顶面面积尽可能小，以增加所述目标晶圆3的暴露面积，提高受热均匀性。
本发明实施例中，所述第二承托结构201的组成材料不限，所述第二承托结构201的组成材料以及表面性能以不损伤所述目标晶圆3并避免产生晶圆应力为要。
一些实施例中，所述第二承托结构201为透光导热承托结构，以提高对所述目标晶圆3的加热均匀性。
一些具体的实施例中，所述第二承托结构201为透明石英承托结构。
一些实施例中，所有所述第二承托结构201呈环形阵列分布，以进一步确保所述目标晶圆3在转移过程中的运动平稳性。
一些实施例中，相邻所述第二承托结构201之间的距离允许所述第一承托结构101通过，以便于所述目标晶圆3通过若干所述第一承托结构101转移到若干所述第二承托结构201。
一些实施例中，参照图3和图4，每个所述定位部20还包括相对所述第二承托结构201倾斜设置的第二倾斜结构202，所述第二倾斜结构202与所述第二承托结构201交汇形成第二限位区203，所有所述第二限位区203限定了所述工艺承载区2的范围，以避免所述目标晶圆3发生不必要的位置偏移。即使所述目标晶圆3发生位置偏移而接触到所述第二倾斜结构202，在自身重力的作用下也能够滑落至所述第二承托结构201的顶面。
具体的，所有所述第二限位区203限定了所述工艺承载区2的范围的含义为：所述第二限位区203限定了所述目标晶圆3沿所述第二承托结构201顶面朝向所述第二倾斜结构202发生位移所能够到达的极限位置。
具体的，所述第二倾斜结构202的组成材料不限，以能够保证对所述第二承托结构201的支撑强度为要。
一些实施例中，所述第二倾斜结构202与所述第二承托结构201为一体化结构。
一些具体的实施例中，所述第二倾斜结构202的组成材料为透明石英。
本发明实施例中，所述半导体退火设备还包括移动控制部，所述移动控制部通信连接3N个所述调整部10。所述移动控制部能够带动3N个所述第一承托结构101进行运动直至所述转移承载区1的中心和所述工艺承载区2的中心重合，以及能够带动3N个所述第一承托结构101远离所述工艺承载区2。
具体的，所述移动控制部的设置位置以便于操作，且不妨碍所有所述调整部10的运动为要。
所述移动控制部的具体实现形式为本领域技术人员的常规技术手段。例如：所述移动控制部包括带有多个夹持件的机械臂以及电连接所述机械臂的第一上位机，每个夹持件连接一个所述第一承托结构101，通过所述第一上位机控制所述机械臂的运动。
一些实施例中，所述移动控制部能够带动3N个所述第一承托结构101同步进行运动。
一些实施例中，所述移动控制部能够对每个所述第一承托结构101进行单独控制。
本发明实施例中，所述半导体退火设备还包括第一加热部和第二加热部。所述第一加热部和所述第二加热部具体的设置位置以能够实现对所述目标晶圆3的均匀加热，并且不妨碍所有所述调整部10的运动为要。
具体的，所述第一加热部和所述第二加热部中任意一种的实现方式为本领域技术人员的常规技术手段。例如，所述第一加热部和所述第二加热部中任意一种包括激光光源以及电连接所述激光光源的第二上位机，所述激光光源分别朝向所述工艺承载区2的两侧设置，所述电连接所述激光光源的第二上位机能够控制所述激光光源的激光入射方向和入射能量。
一些具体的实施例中，参照图2和图4，第一激光光源301和第二激光光源302分别朝向所述工艺承载区2的两侧设置，以能够同时加热所述目标晶圆3的正面和背面，提高工艺效率。
本发明一些实施例中，所述半导体设备还包括通信连接所述移动控制部的位置信息获取部，所述位置信息获取部朝向所述工艺承载区2的至少一侧设置，以获取并向所述移动控制部反馈所述目标晶圆3的位置信息。
具体的，所述位置信息获取部的设置方式以能够实现对所述目标晶圆3位置信息的准确获取，并且不妨碍所有所述调整部10的运动为要。
具体的，所述位置信息获取部的实现形式为本领域技术人员的常规技术手段。例如，所述位置信息获取部包括图像传感器。所述第一上位机接收所述图像传感器反馈的位置信息并根据所述位置信息判断是否需要控制若干所述调整部10进行位置调整。所述图像传感器的数目可以根据工艺需求进行灵活调整。
一些具体的实施例中，参照图1和图2，第一图像传感器401和第二图像传感器402设置于若干所述调整部10所在区域的一侧，均朝向所述目标晶圆3的边缘。具体的，所述第一图像传感器401和所述第二图像传感器402分别靠近所述第二激光光源302的两端。
一些实施例中，所述第一上位机和所述第二上位机为同一上位机，能够实现对所有所述调整部10以及所述第一加热部和第二加热部的控制。
一些实施例中，每个所述调整部10位于相邻两个所述定位部20之间，保证所述目标晶圆3在转移过程在中的稳定性。
一些实施例中，任意两个相邻的所述调整部10和所述定位部20之间形成的夹角相等。
图5为本发明一些实施例的若干调整部和若干定位部的工作状态示意图。
以下结合图1至图5对本发明实施例的半导体退火设备的操作方法进行详细阐述。
一些实施例中，所述半导体退火设备的控制方法包括：
S1：通过所述移动控制部(图中未标示)控制3N个所述调整部10和3N个所述定位部20围成初始定位区，将所述目标晶圆3放置于所述初始定位区；
S2：通过所述移动控制部(图中未标示)判断是否需要对所述目标晶圆3进行位置调整；
S3：控制3N个所述调整部10远离3N个所述定位部20运动，使每个所述第一承托结构101承托所述目标晶圆3，以及使每个所述第二承托结构201解除与所述目标晶圆3之间的接触关系；
S4：通过所述移动控制部(图中未标示)控制3N个所述调整部10进行位置调整，直至通过所述移动控制部(图中未标示)判断所述目标晶圆3的中心与所述工艺承载区2的中心重合；
S5：通过所述移动控制部(图中未标示)控制3N个所述调整部10朝向3N个所述定位部20运动的同时维持所述目标晶圆3的中心与所述工艺承载区2的中心重合，直至所述目标晶圆3与每个所述第二承托结构201相接触，且每个所述第一承托结构101与所述目标晶圆3解除接触关系。
一些实施例的所述步骤S1中，若干所述定位部20如图5所示呈环形阵列分布，通过所述移动控制部调整若干所述调整部10和若干所述定位部20如图5所示均呈环形阵列围绕同一区域分布后，将所述目标晶圆3放置于所述同一区域内。
一些实施例的所述步骤S3中，通过所述移动控制部控制所有所述调整部10的位置同步上升，以通过所述调整部10承托所述目标晶圆3。
一些实施例的所述步骤S2中，通过所述移动控制部判断是否需要对所述目标晶圆进行位置调整的步骤包括：通过位置信息获取部获取所述目标晶圆3的位置信息并发送至所述移动控制部，所述移动控制部根据接收到的所述目标晶圆3的位置信息判断是否需要对所述目标晶圆进行位置调整。
当通过所述移动控制部判断所述目标晶圆3的中心不与所述工艺承载区2的中心重合，重复执行所述步骤S3和所述步骤S4，直至通过所述移动控制部判断所述目标晶圆的中心与所述工艺承载区的中心重合。
一些实施例的所述步骤S5中，通过所述移动控制部控制所有所述调整部10同步下降，直至所述目标晶圆3的与所有所述定位部20的第二承托结构201相接触，然后再通过所述移动控制部控制所有所述调整部10沿所述目标晶圆3的径向方向向外运动直至解除所有所述调整部10与所述目标晶圆3的接触关系。
一些实施例的所述步骤S5执行完毕后，通过所述第一加热部和所述第二加热部对所述目标晶圆3进行加热，以实现对所述目标晶圆3正背面的加热，提高加热均匀性和工艺效率。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (10)

1.一种半导体退火设备，其特征在于，包括：
3N个调整部，围成能够容纳目标晶圆的转移承载区，每个所述调整部包括第一承托结构，所述第一承托结构的自由端靠近所述转移承载区的中心；
3N个定位部，围成能够容纳所述目标晶圆的工艺承载区，每个所述定位部包括第二承托结构，所述第二承托结构的自由端靠近所述工艺承载区的边缘，相邻所述第二承托结构之间的距离允许所述第一承托结构通过；
移动控制部，通信连接3N个所述调整部，以带动3N个所述第一承托结构进行运动，从而调整所述目标晶圆和所述工艺承载区之间的相对位置关系；N为大于等于1的正整数。
2.根据权利要求1所述的半导体退火设备，其特征在于，还包括第一加热部和第二加热部，所述第一加热部和所述第二加热部分别朝向所述工艺承载区的两侧设置，以加热所述目标晶圆的正面和背面。
3.根据权利要求1所述的半导体退火设备，其特征在于，所述第二承托结构为透光导热承托结构。
4.根据权利要求1所述的半导体退火设备，其特征在于，还包括通信连接所述移动控制部的位置信息获取部，所述位置信息获取部朝向所述工艺承载区的至少一侧设置，以获取并向所述移动控制部反馈所述目标晶圆的位置信息。
5.根据权利要求1所述的半导体退火设备，其特征在于，每个所述调整部还包括相对所述第一承托结构倾斜设置的第一倾斜结构，所述第一倾斜结构与所述第一承托结构交汇形成第一限位区，3N个所述第一限位区限定所述转移承载区的范围。
6.根据权利要求1所述的半导体退火设备，其特征在于，每个所述定位部还包括相对所述第二承托结构倾斜设置的第二倾斜结构，所述第二倾斜结构与所述第二承托结构相接形成第二限位区，3N个所述第二限位区限定所述工艺承载区的范围。
7.根据权利要求1所述的半导体退火设备，其特征在于，3N个所述调整部和/或3N个所述定位部呈环形阵列分布。
8.一种半导体退火设备的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S0：提供半导体退火设备，所述半导体退火设备包括3N个调整部、3N个定位部和移动控制部，3N个所述定位部围成能够容纳目标晶圆的工艺承载区，每个所述定位部包括第二承托结构，所述第二承托结构的自由端靠近所述工艺承载区的边缘，相邻所述第二承托结构之间的距离允许每个所述调整部的第一承托结构通过；
S1：通过所述移动控制部控制3N个所述调整部和3N个所述定位部围成初始定位区，将目标晶圆放置于所述初始定位区；
S2：通过所述移动控制部判断是否需要对所述目标晶圆进行位置调整；
S3：控制3N个所述调整部远离3N个所述定位部运动，使每个所述第一承托结构承托所述目标晶圆，以及使每个所述第二承托结构解除与所述目标晶圆之间的接触关系；
S4：通过所述移动控制部控制3N个所述调整部进行位置调整，直至通过所述移动控制部判断所述目标晶圆的中心与所述工艺承载区的中心重合；
S5：通过所述移动控制部控制3N个所述调整部朝向3N个所述定位部运动的同时维持所述目标晶圆的中心与所述工艺承载区的中心重合，直至所述目标晶圆与每个所述第二承托结构相接触，且每个所述第一承托结构与所述目标晶圆解除接触关系。
9.根据权利要求8所述的半导体退火设备的控制方法，其特征在于，所述半导体退火设备还包括分别朝向所述工艺承载区的两侧设置的第一加热部和第二加热部，所述步骤S5执行完毕后，通过所述第一加热部和所述第二加热部对所述目标晶圆进行加热。
10.根据权利要求8所述的半导体退火设备的控制方法，其特征在于，所述半导体退火设备还包括通信连接所述移动控制部的位置信息获取部，所述步骤S2中，通过所述移动控制部判断是否需要对所述目标晶圆进行位置调整的步骤包括：
通过所述位置信息获取部获取并向所述移动控制部反馈所述目标晶圆的位置信息，所述移动控制部根据所述位置信息获取部反馈的所述目标晶圆的位置信息判断是否需要对所述目标晶圆进行位置调整。
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