CN211265419U - 一种晶圆热处理设备的边缘环及晶圆热处理设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆热处理设备的边缘环及晶圆热处理设备，晶圆热处理设备的边缘环包括：外环、内环以及连接所述内环与外环的侧壁；所述外环具有上表面和下表面；所述侧壁沿所述外环的下表面向下延伸，具有第一侧面和第二侧面；所述内环自所述侧壁的末端沿所述侧壁的径向向内延伸，所述内环用于承载晶圆；其中，所述内环为透光圆环，所述外环与所述侧壁均为不透光圆环。本实用新型可以有效的解决晶圆背部加热的不均匀问题，提高了晶圆边缘加热的一致性。

Description

一种晶圆热处理设备的边缘环及晶圆热处理设备

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆热处理设备的边缘环及晶圆热处理设备。

背景技术

快速热处理工艺(RTP)是将晶片快速加热到设定温度，进行短时间快速热处理的方法，RTP设备可以快速升至工艺要求的温度，并快速冷却，通常升降温的速度为20-250摄氏度/秒。在RTP设备中，热源直接面对晶片表面，而不是像批处理高温炉一样对晶片边缘进行加热。目前，随着器件尺寸的缩小，对晶圆热平衡的均匀性要求越来越高，传统的正面快速热处理(RTP)很难满足生产要求，特别是在瞬时退火(Spike annealing)工艺中，由于保温时间过短，热扩散距离有限，晶片的边缘区域受热不均匀，从而严重影响晶圆边缘区域微图案的形成效果。

为了解决上述问题，目前常用的方式是采用晶圆背面加热工艺，在对晶圆背面进行快速热处理时，晶圆的背面的边缘承载于边缘环上，边缘环会影响晶圆边缘部分的受热，从而导致热处理均匀性变差，最终影响产品良率的稳定性。

实用新型内容

为了解决晶圆背面加热工艺中晶圆受热不均匀的问题，本实用新型提供一种晶圆热处理设备的边缘环及晶圆热处理设备。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案具体如下：

一种晶圆热处理设备的边缘环，包括：外环、内环以及连接内环与外环的侧壁；

外环具有上表面和下表面；

侧壁沿外环的下表面向下延伸，具有第一侧面和第二侧面；

内环自侧壁的末端沿侧壁的径向向内延伸，内环用于承载晶圆；

其中，内环为透光圆环，外环与侧壁均为不透光圆环。

进一步地方案是，外环、侧壁以及内环为一体式结构。

进一步地方案是，边缘环的为石英边缘环，其中外环的下表面和/或上表面以及侧壁的第一侧面和/或第二侧面涂覆有阻光涂层。

进一步地方案是，边缘环的内环宽度介于1mm～5mm。

进一步地方案是，阻光涂层为红外遮光涂层。

一种晶圆热处理设备，包括：热辐射加热器、高温计以及边缘环，热辐射加热器设置在边缘环的下方，高温计设置在边缘环的上方用于检测边缘环上的晶圆的表面温度，其中边缘环包括上述方案中所述的任一边缘环。

进一步地方案是，还包括反射器，反射器设置在边缘环的外围并且环绕边缘环。

进一步地方案是，反射器的高度大于等于边缘环的高度。

进一步地方案是，反射器可升降地设置在边缘环的外围。

进一步地方案是，热辐射加热器为红外线卤素灯。

与现有技术相比，本实用新型的晶圆热处理设备的边缘环及晶圆热处理设备至少具有如下有益效果：

本实用新型的边缘环包括：外环、沿外环径向延伸的内环以及连接所述内环与外环的侧壁，所述内环为透光圆环，所述外环与所述侧壁均为不透光圆环。透光的内环使得来自热源的加热光线能够顺利透过该内环到达晶圆边缘，直接对晶圆边缘进行加热，增加对晶圆边缘的加热效率，使得整个晶圆的热均一性得到提高；所述外环与所述侧壁均为不透光圆环，例如边缘环的外环及侧壁的表面涂覆有阻光涂层，能够有效避免热辐射传输到高温计，影响高温计对晶圆温度测量的准确性。

本实用新型的晶圆热处理设备包括上述边缘环并且在边缘环的外围设置有围绕边缘环的反射器，该反射器将接收到的热辐射反射至边缘环，对边缘环进行加热，由此进一步提高对晶圆边缘的加热效率。同时，也进一步避免了热辐射传输到高温计，影响晶圆表面的温度检测的准确性。

综上，本实用新型能够有效解决晶圆背部加热的不均匀问题，提高晶圆边缘加热的一致性，同时还提高了晶圆热处理设备的加热效率。

附图说明

图1为本实用新型传统的晶圆加热设备结构示意图；

图2为本实用新型实施例1中的边缘环的俯视图；

图3为本实用新型中图2边缘环的剖视图；

图4为本实用新型实施例2中的晶圆加热设备中反射器上调位置结构示意图；

图5为本实用新型实施例2中的晶圆加热设备中反射器下调位置结构示意图。

图中：

1-晶圆；2-边缘环；20-外环；21-内环；201-上表面；202-下表面；22-侧壁；221-第一侧面；222-第二侧面；3-高温计；4-热辐射加热器；5-反射器。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。

图1示出了一种传统的晶圆加热设备，如图1所示，包括边缘环2、高温计3和热辐射加热器4，高温计3位于边缘环2的上部，热辐射加热器4位于边缘环2的下部；边缘环2为不透明的金属材料；在晶圆热处理过程中，由于是采用晶圆背部加热工艺，晶圆1与边缘环2内环21接触的部分受热缓慢，导致晶圆热的不均一性。尤其是在瞬时退火(Spike annealing)时，由于保温时间过短，热扩散较慢，晶圆的边缘区域受热较慢，从而影响晶圆的微图案形成效果。

实施例1

如图2和3所示，本实用新型实施例公开了一种边缘环，包括：外环20、内环21及连接内环与外环的侧壁22，其中外环20具有上表面201和下表面202，侧壁22沿所述外环20的下表面201向下延伸，具有第一侧面221和第二侧面222；内环21自所述侧壁22的末端沿所述侧壁22的径向向内延伸，内环21用于承载晶圆；内环21为透光圆环，外环20与侧壁22均为不透光圆环。

本实施例的一个优选方案是，边缘环2为石英边缘环，且边缘环2的外环20、侧壁22与内环21为一体式结构，其中外环20的下表面202和/或上表面201以及侧壁22的第一侧面221和/或第二侧面222涂覆有阻光涂层；优选地，在外环20的上表面201和下表面202以及侧壁22的第一侧面221和第二侧面222均涂覆有阻光涂层；优选地，阻光涂层可以为红外遮光剂，尤其是纳米级红外遮光剂，有效地阻止热辐射，降低热量的传递。优选地，边缘环的内环21宽度介于1mm～5mm。

需要说明的是，边缘环的外环、内环及侧壁也可以是组合结构，其中外环及侧壁采用不透光材质制成的不透光圆环，内环采用透光材质制成的透光圆环，外环与侧壁可以是一体式结构，内环与侧壁可以通过粘合等方式结合在一起，也可以达到本实用新型的提高晶圆的热均匀性及晶圆温度测量准确性的技术效果。

实施例2

本实用新型实施例公开了一种晶圆热处理设备，如图4所示，包括实施例1所述的边缘环2、高温计3和热辐射加热器4，其中高温计3位于边缘环2的上方，用于检测所述边缘环上的晶圆的表面温度，热辐射加热器4位于边缘环2的下方，以实现对晶圆背面的加热。

在对晶圆进行热处理时，将晶圆1放置在边缘环2的内环21上，位于边缘环2下方的热辐射加热器4对晶圆的背部进行加热；位于边缘环2上部的高温计3对晶圆的温度进行监测，实现对晶圆热处理的闭环控制。由于晶圆的外环20及侧壁22上涂覆有阻光涂层，可有效地阻止热辐射传输到高温计，提高高温计测量的准确性。

在本实施例的一个优选实施例中，在边缘环2的外围设置反射器5，该反射器5围绕整个边缘环的圆筒型反射器，并且反射器5的高度大于等于边缘环2的高度，如图4所示，反射器5可以将边缘部位的热辐射反射到边缘环2上，阻止热辐射传输到高温计3。众所周知，瞬时退火(Spike annealing)的处理时间T-50约为1～2.5秒，该极短的退火时间，无法使得热量在晶圆中均匀扩散，尤其晶圆的边缘由于边缘环的存在，无法在短时间内达到所需的温度，而反射器能够将接收到的辐射加热器4的热辐射光反射到边缘环上，尤其是边缘环的内环上。由于内环是透明的，因此反射器反射的光也将透过内环对晶圆的边缘进行加热，由此提高对晶圆，尤其是晶圆边缘的加热效率。因此，即便是例如瞬时退火这样的具有极短退火时间的热处理过程，晶圆也能够获得均匀的加热效果。

在本实施例的另一优选实施例中，反射器5可升降地设置在边缘环的外围，例如可以通过其控制器(未图示)在边缘环2的外围进行升降调节。晶圆热处理，除了上述的瞬时退火工艺，还包括长温退火(Soak annealing)，而长温退火时间一般在2秒至数十秒；该退火时间足够热量在整个晶圆中进行扩散，实现晶圆热量的均匀化，因此，可以不需要反射器进一步反射辐射光对晶圆进行加热。此时，可以利用控制器将反射器相对边缘环下调，使得反射器不会反射辐照光至边缘环，如图5所示。

如果需要进行瞬时退火热处理，则利用控制器将反射器相对边缘环上调至边缘环的外围，如图4所示。

优选地，热辐射加热器可以是辐射加热管、加热片和加热灯；优选地，热辐射加热器为红外线卤素灯。

本具体的实施例仅仅是对本实用新型的解释，而并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种晶圆热处理设备的边缘环，其特征在于，包括：外环、内环以及连接所述内环与外环的侧壁；

所述外环具有上表面和下表面；

所述侧壁沿所述外环的下表面向下延伸，具有第一侧面和第二侧面；

所述内环自所述侧壁的末端沿所述侧壁的径向向内延伸，所述内环用于承载晶圆；

其中，所述内环为透光圆环，所述外环与所述侧壁均为不透光圆环。

2.根据权利要求1所述的边缘环，其特征在于，所述外环、所述侧壁以及所述内环为一体式结构。

3.根据权利要求2所述的边缘环，其特征在于，所述边缘环的为石英边缘环，其中所述外环的所述下表面和/或所述上表面以及所述侧壁的所述第一侧面和/或所述第二侧面涂覆有阻光涂层。

4.根据权利要求1所述的边缘环，其特征在于，所述边缘环的内环宽度介于1mm～5mm。

5.根据权利要求3所述的边缘环，其特征在于，所述阻光涂层为红外遮光涂层。

6.一种晶圆热处理设备，其特征在于，包括：热辐射加热器、高温计以及边缘环，所述热辐射加热器设置在所述边缘环的下方，所述高温计设置在所述边缘环的上方用于检测所述边缘环上的晶圆的表面温度，其中所述边缘环包括权利要求1-5中任一项所述的边缘环。

7.根据权利要求6所述的晶圆热处理设备，其特征在于，还包括反射器，所述反射器设置在所述边缘环的外围并且环绕所述边缘环。

8.根据权利要求7所述的晶圆热处理设备，其特征在于，所述反射器的高度大于等于所述边缘环的高度。

9.根据权利要求7所述的晶圆热处理设备，其特征在于，所述反射器可升降地设置在所述边缘环的外围。

10.根据权利要求6所述的晶圆热处理设备，其特征在于，所述热辐射加热器为红外线卤素灯。

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