CN118507389B - 一种半自动快速退火炉设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了退火炉技术领域的一种半自动快速退火炉设备，包括机架，机架前方位置固定连接有控制面板，控制面板用于各部件动作逻辑的主控制；机架内固定连接有强电控制模块和弱电控制模块，强电控制模块主要包括主电源的接入；机架内固定连接有炉体，炉体内设有加热机构，加热机构用于快速升高或者降低炉体内的温度且控温精准；炉体前方位置滑动连接有炉门，炉门上固定连接有石英支架，石英支架上固定连接有晶圆载盘；炉门上方位置设有拿取机构，拿取机构用于在炉门打开后，自动将晶圆载盘上的晶圆取下；本发明解决半导体芯片加工艺中，产品热处理的需求，快速退火炉具有快速升温和快速降温的功能，且控温精准。

Description

一种半自动快速退火炉设备

技术领域

本发明涉及退火炉技术领域，具体为一种半自动快速退火炉设备。

背景技术

快速退火炉是半导体芯片生产工艺过程中的关键设备。现有技术中常规的退火炉，升温速度慢，且在热处理过程中对产品加热不均匀，由于加热不均匀有可以导致产品在热处理过程中容易裂开或者损环；此外由于在高温环境中，晶圆或者材料在空气的作用下会发生氧化反应，因此退火炉中处理晶圆时都是采用抽真空或者填充保护气体的方式，而晶圆热处理完毕后，由于此时晶圆的温度依旧比较高，直接从退火炉中取出与空气接触后仍然会存在着被氧化的现象，因此晶圆需要在退火炉中冷却至室温后，然后在通过人工取走，如此以来则会浪费掉大量的时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半自动快速退火炉设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半自动快速退火炉设备，包括机架，所述机架前方位置固定连接有控制面板，所述控制面板用于各部件动作逻辑的主控制；所述机架内固定连接有强电控制模块和弱电控制模块，所述强电控制模块主要包括主电源的接入；所述弱电控制模块用于为整机的动作部件提供逻辑控制所需的电气原件；所述机架内固定连接有炉体，所述炉体内设有加热机构，所述加热机构用于快速升高或者降低炉体内的温度且控温精准；所述炉体前方位置滑动连接有炉门，所述炉门上固定连接有石英支架，所述石英支架上固定连接有晶圆载盘；所述炉门上方位置设有拿取机构，所述拿取机构用于在炉门打开后，自动将晶圆载盘上的晶圆取下。

所述加热机构包括多个红外灯管，多个所述红外灯管贯穿炉体且对称分布在炉体内上下两侧位置；所述炉体上设有抽真空机构，所述抽真空机构用于将炉体内的空气抽完；所述炉体上设有降温机构，所述降温机构用于在炉体内晶圆完成热处理后快速降温。

所述抽真空机构包括真空泵，所述真空泵与机架固定连接；所述炉体上固定连接有抽真空接口；所述真空泵上接通有抽真空调节阀，所述抽真空调节阀另一端抽真空接口接通。

所述降温机构包括工艺气体模块，所述工艺气体模块与机架固定连接且工艺气体模块上接通有电磁阀模块，所述电磁阀模块另一端与炉体接通。

所述炉体上左右两侧位置对称固定连接有两个散热架，上侧所述散热架与上侧位置的多个红外灯管固定连接，下侧所述散热架与下侧位置的多个红外灯管固定连接；所述散热架上接通有三个排风口；所述机架内固定连接有抽风箱。

所述机架内固定连接有冷却水模块，所述冷却水模块上连接有进水管和出水管；所述炉体外壁固定连接有多个冷却管，多个所述冷却管串联设置且首尾位置的冷却管分别与进水管和出水管接通。

所述拿取机构包括两个限位杆，两个所述限位杆均与机架固定连接且限位杆上套设有第一弹簧；两个所述限位杆底部设有升降架，所述升降架与两个限位杆滑动连接，所述第一弹簧上下两端分别与升降架和限位杆固定连接；所述升降架底部左右两侧位置对称滑动连接有夹持杆；所述升降架上固定连接有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆伸缩端固定连接有推块，所述推块左右两侧位置对称转动连接有连杆，左右两侧所述连杆另一端分别与左右两侧的夹持杆转动连接；所述机架上设有升降机构，所述升降机构用于驱动升降架上升以及下降。

所述升降机构包括转动杆，所述转动杆与机架转动连接且转动杆上开设有左右贯通的滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑块，所述滑块左右两端均与升降架滑动连接；所述机架上设有驱动机构，所述驱动机构用于驱动转动杆转动。

所述驱动机构包括气缸，所述气缸与机架固定连接且气缸伸缩端固定连接有推板，所述推板与机架滑动连接；所述推板前端左右两侧位置对称固定连接有拉杆，左右两侧所述拉杆分别与左右两侧的限位杆滑动连接；所述转动杆上位于与机架连接处位置左右两侧对称固定连接有驱动杆，所述拉杆后端部分位于驱动杆后方且与驱动杆贴合；所述炉门前端固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧前端与机架固定连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明解决半导体芯片加工艺中，产品热处理的需求，快速退火炉具有快速升温和快速降温的功能，且控温精准。半导体材料在晶体生长和制造过程中，由于各种原因，晶体会出现缺陷、杂质、等结构性缺陷，导致晶格不完整，施加电场后的电导率较低。通过快速退火炉处理后，可以使材料得到修复，消除硅片中的应力。

2.本发明通过向炉体中注入氮气可以快速的将完成热处理后的晶圆实现降温的效果，当晶圆温度下降至不会在空气中被氧化的程度时，打开炉门，由于此时晶圆温度依旧较高，人工拿取不便；通过拿取机构可以自动的将晶圆取出；在取出晶圆后即可对新的晶圆开始热处理，待取出的晶圆自然冷却后即可人工取走。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明的后视结构示意图；

图3为本发明的拆分结构示意图；

图4为本发明中机架的结构示意图；

图5为本发明中机架的第二视角结构示意图；

图6为本发明中炉体的结构示意图；

图7为本发明中升降机构的结构示意图；

图8为本发明中拉杆的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、机架；2、控制面板；3、强电控制模块；4、弱电控制模块；5、炉体；6、炉门；7、石英支架；8、晶圆载盘；9、红外灯管；10、真空泵；11、抽真空接口；12、抽真空调节阀；13、工艺气体模块；14、电磁阀模块；15、散热架；16、排风口；17、抽风箱；18、冷却水模块；19、进水管；20、出水管；21、冷却管；22、限位杆；23、第一弹簧；24、升降架；25、夹持杆；26、电动伸缩杆；27、推块；28、连杆；29、转动杆；30、滑槽；31、滑块；32、气缸；33、推板；34、拉杆；35、驱动杆；36、第二弹簧。

具体实施方式

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种半自动快速退火炉设备，包括机架1，机架1前方位置固定连接有控制面板2，控制面板2用于各部件动作逻辑的主控制；机架1内固定连接有强电控制模块3和弱电控制模块4，强电控制模块3主要包括主电源的接入；弱电控制模块4用于为整机的动作部件提供逻辑控制所需的电气原件；机架1内固定连接有炉体5，炉体5内设有加热机构，加热机构用于快速升高或者降低炉体5内的温度且控温精准；炉体5前方位置滑动连接有炉门6，炉门6上固定连接有石英支架7，石英支架7上固定连接有晶圆载盘8；炉门6上方位置设有拿取机构，拿取机构用于在炉门6打开后，自动将晶圆载盘8上的晶圆取下；

工作时，通过打开炉门6，将需要热处理的晶圆放置在晶圆载盘8上，然后关上炉门6，炉门6通过石英支架7将晶圆载盘8推到炉体5内，待炉门6关紧后，启动加热机构，通过加热机构可以将晶圆或者材料在极短的时间内加热到300℃-1200℃，从而消除晶圆或者材料内部的一些缺陷，改善产品性能；当晶圆热处理完毕后，待晶圆冷却至一定程度后打开炉体5，炉体5通过石英支架7和晶圆载盘8将处理好的晶圆带出炉体5，此时晶圆表面温度依旧比较高，不便于人工拿取，通过启动拿取机构可以在炉门6打开后，自动的将晶圆取出，当热处理后的晶圆取出后，此时可以将新的晶圆放置在晶圆载盘8上，然后关上炉门6对新的晶圆进行热处理；相比于在炉体5内将晶圆完全冷却至室温，通过拿取机构将晶圆冷却至不会被氧化程度的温度时拿取出来自然冷却，可以有效的提升整体设备处理晶圆的效率。

如图4-6所示，作为本发明的进一步方案，加热机构包括多个红外灯管9，多个红外灯管9贯穿炉体5且对称分布在炉体5内上下两侧位置；炉体5上设有抽真空机构，抽真空机构用于将炉体5内的空气抽完；炉体5上设有降温机构，降温机构用于在炉体5内晶圆完成热处理后快速降温；

工作时，红外灯管9的是取用卤素钨灯，分为上下两层。红外灯管9均匀排布，可以快速的将炉体5内温度加热至300℃-1200℃；在加热之前，为了防止炉体5内的晶圆被氧化，启动抽真空机构可以将炉体5内的空气抽走；当晶圆完成热处理后，通过启动降温机构可以将炉体5内的温度快速的降低。

如图4、图6所示，作为本发明的进一步方案，抽真空机构包括真空泵10，真空泵10与机架1固定连接；炉体5上固定连接有抽真空接口11；真空泵10上接通有抽真空调节阀12，抽真空调节阀12另一端抽真空接口11接通；

工作时，启动真空泵10，通过抽真空调节阀12可以调节真空泵10对炉体5的抽真空速度，从而控制炉体5的真空度；当真空度达到50mTorr，停止抽真空泵10，然后给红外灯管9通电开始加热炉体5。

如图4所示，作为本发明的进一步方案，降温机构包括工艺气体模块13，工艺气体模块13与机架1固定连接且工艺气体模块13上接通有电磁阀模块14，电磁阀模块14另一端与炉体5接通；

工作时，当晶圆热处理完毕后，启动工艺气体模块13，然后通过电磁阀模块14控制工艺气体注入到炉体5内；工艺气体主要氮气，模块中包含流量计及压力调节元件，主要作用是调整进入炉体5的工艺气体，氮气可以作为产品在炉体5中进行热处理时的保护气体，同时在降温的过程中可以给产品起到快速降温作用，当产品温度下降到不会被氧化的程度时，停止向炉体5内注气。

如图5-6所示，作为本发明的进一步方案，炉体5上左右两侧位置对称固定连接有两个散热架15，上侧散热架15与上侧位置的多个红外灯管9固定连接，下侧散热架15与下侧位置的多个红外灯管9固定连接；散热架15上接通有三个排风口16；机架1内固定连接有抽风箱17；

工作时，因为红外灯管9的温度较高，防止给灯管供电的线路温度较高，所以通过抽风来保持灯管端形成对流，从而给灯管冷却；抽风箱17通过将炉体5的冷却排风口16连接在一起，再通过鼓风机把热风排出。

如图4所示，作为本发明的进一步方案，机架1内固定连接有冷却水模块18，冷却水模块18上连接有进水管19和出水管20；炉体5外壁固定连接有多个冷却管21，多个冷却管21串联设置且首尾位置的冷却管21分别与进水管19和出水管20接通；

工作时，由于炉体5在工作时表面会产生高温，为了防止机架1内温度过高，通过启动冷却水模块18，冷却水模块18通过进水管19将冷却水输送到每个冷却管21内，冷却管21内的冷水在吸收完炉体5表面的热量后，再通过出水管20排出。

如图1-3、图7-8所示，作为本发明的进一步方案，拿取机构包括两个限位杆22，两个限位杆22均与机架1固定连接且限位杆22上套设有第一弹簧23；两个限位杆22底部设有升降架24，升降架24与两个限位杆22滑动连接，第一弹簧23上下两端分别与升降架24和限位杆22固定连接；升降架24底部左右两侧位置对称滑动连接有夹持杆25；升降架24上固定连接有电动伸缩杆26，电动伸缩杆26伸缩端固定连接有推块27，推块27左右两侧位置对称转动连接有连杆28，左右两侧连杆28另一端分别与左右两侧的夹持杆25转动连接；机架1上设有升降机构，升降机构用于驱动升降架24上升以及下降；

升降机构包括转动杆29，转动杆29与机架1转动连接且转动杆29上开设有左右贯通的滑槽30，滑槽30内滑动连接有滑块31，滑块31左右两端均与升降架24滑动连接；机架1上设有驱动机构，驱动机构用于驱动转动杆29转动；

驱动机构包括气缸32，气缸32与机架1固定连接且气缸32伸缩端固定连接有推板33，推板33与机架1滑动连接；推板33前端左右两侧位置对称固定连接有拉杆34，左右两侧拉杆34分别与左右两侧的限位杆22滑动连接；转动杆29上位于与机架1连接处位置左右两侧对称固定连接有驱动杆35，拉杆34后端部分位于驱动杆35后方且与驱动杆35贴合；炉门6前端固定连接有第二弹簧36，第二弹簧36前端与机架1固定连接；

工作时，当炉体5内的晶圆热处理完毕后，启动气缸32，气缸32带动推板33向前移动，推板33向前移动时在第二弹簧36的作用下，炉门6开始跟随推板33向前移动打开，此时炉门6通过石英支架7和晶圆载盘8会带动晶圆从炉体5内向外移动；当第二弹簧36收缩至最短程度时，此时炉体5不再向前移动；随着气缸32带动推板33继续向前移动，与推板33连接的两个拉杆34此时与驱动杆35接触并拉动驱动杆35向前转动，驱动杆35向前转动时则会带动转动杆29向下转动，转动杆29向下转动时通过滑块31则会带动升降架24向下移动，升降架24此时在两个限位杆22的作用下会竖直向下移动；升降架24向下移动时则会带动两个夹持杆25向下移动，当两个夹持杆25向下移动到能够夹住晶圆的位置时，此时停止气缸32并启动电动伸缩杆26，电动伸缩杆26此时则会带动推块27向上移动，推块27向上移动时通过两个连杆28则会分别拉动左右两侧的夹持杆25向互相靠近的位置移动，从而可以将晶圆夹紧；此时启动气缸32带动推板33向后移动，推板33向后移动时带动两个拉杆34向后移动，拉杆34不再对驱动杆35施加向前的推力，此时在第一弹簧23的作用下，升降架24则会带动晶圆开始向上移动，晶圆脱离晶圆载盘8；此时即可将新的晶圆放置载晶圆载盘8内，随着气缸32带动推板33继续向后移动到与炉门6接触的位置时，此时推板33则会带动炉门6逐渐闭合。

Claims (3)

1.一种半自动快速退火炉设备，包括机架(1)，其特征在于：所述机架(1)前方位置固定连接有控制面板(2)，所述控制面板(2)用于各部件动作逻辑的主控制；所述机架(1)内固定连接有强电控制模块(3)和弱电控制模块(4)，所述强电控制模块(3)主要包括主电源的接入；所述弱电控制模块(4)用于为整机的动作部件提供逻辑控制所需的电气原件；所述机架(1)内固定连接有炉体(5)，所述炉体(5)内设有加热机构，所述加热机构用于快速升高或者降低炉体(5)内的温度且控温精准；所述炉体(5)前方位置滑动连接有炉门(6)，所述炉门(6)上固定连接有石英支架(7)，所述石英支架(7)上固定连接有晶圆载盘(8)；所述炉门(6)上方位置设有拿取机构，所述拿取机构用于在炉门(6)打开后，自动将晶圆载盘(8)上的晶圆取下；

所述加热机构包括多个红外灯管(9)，多个所述红外灯管(9)贯穿炉体(5)且对称分布在炉体(5)内上下两侧位置；所述炉体(5)上设有抽真空机构，所述抽真空机构用于将炉体(5)内的空气抽完；所述炉体(5)上设有降温机构，所述降温机构用于在炉体(5)内晶圆完成热处理后快速降温；

所述降温机构包括工艺气体模块(13)，所述工艺气体模块(13)与机架(1)固定连接且工艺气体模块(13)上接通有电磁阀模块(14)，所述电磁阀模块(14)另一端与炉体(5)接通；

所述炉体(5)上左右两侧位置对称固定连接有两个散热架(15)，上侧所述散热架(15)与上侧位置的多个红外灯管(9)固定连接，下侧所述散热架(15)与下侧位置的多个红外灯管(9)固定连接；所述散热架(15)上接通有三个排风口(16)；所述机架(1)内固定连接有抽风箱(17)；

所述拿取机构包括两个限位杆(22)，两个所述限位杆(22)均与机架(1)固定连接且限位杆(22)上套设有第一弹簧(23)；两个所述限位杆(22)底部设有升降架(24)，所述升降架(24)与两个限位杆(22)滑动连接，所述第一弹簧(23)上下两端分别与升降架(24)和限位杆(22)固定连接；所述升降架(24)底部左右两侧位置对称滑动连接有夹持杆(25)；所述升降架(24)上固定连接有电动伸缩杆(26)，所述电动伸缩杆(26)伸缩端固定连接有推块(27)，所述推块(27)左右两侧位置对称转动连接有连杆(28)，左右两侧所述连杆(28)另一端分别与左右两侧的夹持杆(25)转动连接；所述机架(1)上设有升降机构，所述升降机构用于驱动升降架(24)上升以及下降；

所述升降机构包括转动杆(29)，所述转动杆(29)与机架(1)转动连接且转动杆(29)上开设有左右贯通的滑槽(30)，所述滑槽(30)内滑动连接有滑块(31)，所述滑块(31)左右两端均与升降架(24)滑动连接；所述机架(1)上设有驱动机构，所述驱动机构用于驱动转动杆(29)转动；

所述驱动机构包括气缸(32)，所述气缸(32)与机架(1)固定连接且气缸(32)伸缩端固定连接有推板(33)，所述推板(33)与机架(1)滑动连接；所述推板(33)前端左右两侧位置对称固定连接有拉杆(34)，左右两侧所述拉杆(34)分别与左右两侧的限位杆(22)滑动连接；所述转动杆(29)上位于与机架(1)连接处位置左右两侧对称固定连接有驱动杆(35)，所述拉杆(34)后端部分位于驱动杆(35)后方且与驱动杆(35)贴合；所述炉门(6)前端固定连接有第二弹簧(36)，所述第二弹簧(36)前端与机架(1)固定连接。

2.根据权利要求1所述一种半自动快速退火炉设备，其特征在于：所述抽真空机构包括真空泵(10)，所述真空泵(10)与机架(1)固定连接；所述炉体(5)上固定连接有抽真空接口(11)；所述真空泵(10)上接通有抽真空调节阀(12)，所述抽真空调节阀(12)另一端抽真空接口(11)接通。

3.根据权利要求1所述一种半自动快速退火炉设备，其特征在于：所述机架(1)内固定连接有冷却水模块(18)，所述冷却水模块(18)上连接有进水管(19)和出水管(20)；所述炉体(5)外壁固定连接有多个冷却管(21)，多个所述冷却管(21)串联设置且首尾位置的冷却管(21)分别与进水管(19)和出水管(20)接通。