CN215869306U - 一种具有均匀弥散工艺气体的半导体退火装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有均匀弥散工艺气体的半导体退火装置，该装置包括退火炉本体、送料装置组成。第一隔板、第二隔板将退火炉本体分割为加热室、风冷室以及水冷室，加热室由匀流结构分隔为工艺腔、匀流腔，工艺腔设有加热灯盘、温度传感器，加热灯盘由多个加热灯规律排列组成，并电连接于温控系统，温控系统可根据温度传感器实时调整退火温度，匀流腔用于将气氛气体均匀的弥散于工艺腔中；风冷室内设有与空压机管道连接的出风装置、水冷室内设有与水泵管道连接的喷淋装置。该装置解决使气氛气体均匀的弥散于工艺腔内，提高半导体气氛加工的工艺可靠性。

Description

一种具有均匀弥散工艺气体的半导体退火装置

技术领域

本实用新型涉及半导体芯片加工领域，具体涉及一种具有气氛环境的半导体退火装置。

背景技术

现有半导体芯片加工工艺中，通常需要在退火过程中通入氮气、氢气等工艺气体，混合后的工艺气体通入到工艺腔内，这样的混气装置我们称之为混气模块。当工艺气体经混气模块后被导入到进气腔室时，工艺气体会很快扩散到退火腔室内，退火腔室具有一定的宽度，大多数工艺气体从靠近进气腔室的进气口的前端涌进退火腔内，而只有很少气体会流向远离进气口的后端再进入退火腔内，这样，将会导致退火腔内的工艺气体分布不均匀。综上所述，目前迫切需要一种具有均匀弥散工艺气体的半导体退火装置。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有均匀弥散工艺气体的半导体退火装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种具有均匀弥散工艺气体的半导体退火装置，其特征在于，包括退火炉本体、送料装置，所述退火炉本体向右依次设有第一隔板以及第二隔板，所述第一隔板、第二隔板将退火炉本体自左向右依次阻隔为加热室、风冷室以及水冷室；

所述加热室、风冷室以及水冷室底部分别设有输送装置，所述输送装置与所述送料装置底部配合；

所述加热室内设有匀流结构，并将所述加热室分隔为工艺腔、匀流腔，所述工艺腔内设有加热灯盘、温控系统；所述匀流腔设置于加热室顶部，并设有环境气氛进气管道与所述匀流腔连通，用于向所述匀流腔输送环境气氛气体；

所述风冷室内设有出风装置，所述出风装置与空压机连接，所述风冷室底部还设有排风阀；

所述水冷室内设有喷淋装置，所述喷淋装置与水泵管道连接，所述水冷室底部设有排水阀。

进一步的，所述加热灯盘是由多个加热灯组成的规律性排列加热矩阵，且所述加热矩阵分为多个区域，每个区域均均设置有温度传感器。

进一步的，所述加热灯矩阵为矩形、圆形或六边形中的一种。

进一步的，所述加热灯包括灯座、灯泡，所述灯座内壁设有反射涂料，所述灯泡完全位于所述灯座内。

进一步的，所述温控系统由所述加热灯盘以及所述温度传感器、控制器组成，所述加热灯盘与所述温度传感器电连接于所述控制器，所述控制器用于接收所述温度传感器传输的温度信号以及控制所述加热灯盘的电压。

进一步的，所述匀流结构包括匀流板，所述匀流板上设置有多个气孔，用于将所述匀流腔与所述工艺腔连通。

进一步的，所述加热室底部设有用于排出加工尾气的排气管，所述排气管外部套设有保护管套及保护气体组件，其中，所述保护套管与所述排气管之间形成环形空间，并且在所述保护套管中设置有进气口；所述保护气体组件与所述进气口连接，用于向所述环形空间中输送保护气体，所述保护气体用于防止加工尾气腐蚀所述排气管。

进一步的，所述保护气体组件包括气源、保护气体进气管路及设置在所述保护气体进气管路上的流量调节阀和通断阀，其中，所述保护气体进气管路的进气端与所述气源连接，出气端与所述进气口连接。

进一步的，所述风冷室、水冷室内设置有红外感应装置，所述红外感应装置与控制器电连接，用于开启风冷、水冷程序。

进一步的，所述排水阀外接有冷却水回收装置

本发明的有益效果是：

本实用新型提供了一种具有均匀弥散工艺气体的半导体退火装置，通过匀流结构将加热室分隔为工艺腔、匀流腔，环境气氛气体经匀流板气孔弥散于工艺腔内，保证了工艺腔内工艺气体的均匀性，提高退火加工的工艺可靠性。

工艺腔内设有的加热灯盘具有多个独立区域及其对应的温度传感器，使半导体的退火过程受热更均匀，提高器件产品电学性能一致性。

加热室向右依次设有第一隔板以及第二隔板，第一隔板以及第二隔板将退火炉本体自左向右依次阻隔为加热室、风冷室以及水冷室，使完成退火加热的半导体在送料装置的作用下实现高效退火及降温。

本实用新型公开的装置具有结构新颖、操作简单、方便高效的优点。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型加热灯盘的结构示意图；

图3为本实用新型加热灯盘的另一种结构示意图；

图4为本实用新型加热灯盘单独加热灯的结构剖视图；

图5为本实用新型加热室示意图；

图6为本实用新型匀流板示意图；

图7为本实用新型实施风冷装置、喷淋装置示意图；

具体实施方式

下面结合图1-7对本实用新型进行详细说明。

一种具有均匀弥散工艺气体的半导体退火装置，包括退火炉本体、入口隔板601，出口隔板604，送料装置20，退火炉本体向右依次设有第一隔板602以及第二隔板603，并将退火炉本体自左向右依次阻隔为加热室30、风冷室40以及水冷室50，加热室30、风冷室40以及水冷室50底部分别设有输送装置70，输送装置70与所述送料装置20底部配合。

加热室30由匀流板901分隔为工艺腔、匀流腔，匀流腔位于工艺腔的上方。

工艺腔内设有加热灯盘304、温度传感器303，并分别电连接于控制器。加热灯盘304是由多个加热灯3041规律性矩阵排列组成，加热灯3041由灯座3042、灯泡3043组成，灯泡3043完全位于灯座3042内部，灯座3042内部侧壁设有反射涂层3044，用于将热量反射在待加工工件表面。加热灯盘304可分成多个区域，每个区域均设置一个温度传感器303进行温度检测，在快速热退火工艺过程中，温控系统可对被划分的多个区域进行单独闭环的温度调节，这种设置可使本实用新型加热装置实时监控圆片上不同区域的温度，当温度偏离设定温度时，温控系统自动调节对应区域加热灯的电压，从而控制温度，使圆片的加热更均匀。

匀流腔内设有环境气氛进气管路902，气体经由匀流板901的气孔9011均匀弥散于工艺腔内。也可以根据需求，设置多路环境气氛进气管路，在匀流腔内充分混合后经由孔均匀弥散于工艺腔，有效提高气流分布均匀性，改善加工质量。

加热室30底部还设有用于加工尾气的排气管305，套设在该排气管305外部的保护套管以及保护气体组件306，其中，保护套管与排气管305之间形成环形空间307，并且在保护套管中设置有进气口。保护气体组件306与该进气口连接，用于向环形空间307中输送保护气体，可避免加工尾气腐蚀排气管305。

保护气体组件306包括气源(图中未示出)、保护气体进气管路3061及设置在保护气体进气管路3061上的流量调节阀3062和通断阀3063，其中，保护气体进气管路3061的进气端与气源连接，出气端与保护套管306的进气口连接；气源用于提供保护气体。流量调节阀3062用于调节保护气体的流量，通断阀3063用于控制保护气体进气管路3061的通断。

风冷室40内设有出风装置401，出风装置401与空压机管道连接，空压机电连接于控制器，出风装置401上还设有多个出风口4011，风冷室40顶部还设有排风阀402，所述水冷室50内设有喷淋装置501，喷淋装置501上设有多个喷水口5011，冷却水通过水泵供给，水泵电连接于控制器，所述水冷室50底部设有排水阀。

风冷室40、水冷室50中设有红外感应开关，红外感应开关与控制器电连接。当送料装置20依次完全进入风冷室40、水冷室50后，将自动启动风冷、水冷，当送料装置20离开风冷室40、水冷室50后，风冷、水冷将自动关闭。

水冷室50底部的排水阀外接有回收装置，将冷却水经过滤、制冷后供下次水冷使用。

工作原理：

将需要退火加工的半导体晶圆物料302放置到送料装置20的置物板201上，拉动退火炉本体的入口隔板601，送料装置20由输送装置70带动完全进入到加热室30内进行退火加热处理。此时，环境气氛进气管路902向匀流腔通入环境气氛，加热室30内的加热灯盘304开始对半导体晶圆物料402进行加热，温控系统根据温度传感器303反馈信息对加热灯盘304的电压进行调整。此时，第一隔板602将加热室30与风冷室40完全阻挡隔开。

热处理完毕后，工作人员手动拉动第一隔板602，第一隔板602向上提拉与插槽801分离，送料装置20由输送装置70带动完全进入风冷室40内，放下第一隔板602，加热室30内可继续进行退火处理。风冷室40中，送料装置20触发红外感应开关，启动风冷程序，冷风经过出风口4011进行吹风，热风上升经排风阀402排出。风冷完成后，拉动第二隔板603向上提拉至与插槽801分离，送料装置20由输送装置70带动完全进入水冷室50内，送料装置20触发红外感应开关，控制器启动水泵，冷却水经喷水口5011喷出，水冷室50底部排水阀502外接的回收装置对冷却水进行回收处理。根据退火需要，也可以先进行喷水降温退火处理。

最后，拉动出口隔板604，取出经退火处理并降温的半导体晶圆物料402。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让本领域技术人员能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有均匀弥散工艺气体的半导体退火装置，其特征在于，包括退火炉本体、送料装置，所述退火炉本体向右依次设有第一隔板以及第二隔板，所述第一隔板、第二隔板将退火炉本体自左向右依次阻隔为加热室、风冷室以及水冷室；

所述加热室、风冷室以及水冷室底部分别设有输送装置，所述输送装置与所述送料装置底部配合；

所述加热室内设有匀流结构，并将所述加热室分隔为工艺腔、匀流腔，所述工艺腔内设有加热灯盘、温控系统；所述匀流腔设置于加热室顶部，并设有环境气氛进气管道与所述匀流腔连通，用于向所述匀流腔输送环境气氛气体；

所述风冷室内设有出风装置，所述出风装置与空压机连接，所述风冷室底部还设有排风阀；

所述水冷室内设有喷淋装置，所述喷淋装置与水泵管道连接，所述水冷室底部设有排水阀。

2.如权利要求1所述退火装置，其特征在于，所述加热灯盘是由多个加热灯组成的规律性排列加热矩阵，且所述加热矩阵分为多个区域，每个区域均均设置有温度传感器。

3.如权利要求2所述退火装置，其特征在于，所述加热灯矩阵为矩形、圆形或六边形中的一种。

4.如权利要求3所述退火装置，其特征在在于，所述加热灯包括灯座、灯泡，所述灯座内壁设有反射涂料，所述灯泡完全位于所述灯座内。

5.如权利要求4所述退火装置，其特征在于，所述温控系统由所述加热灯盘以及所述温度传感器、控制器组成，所述加热灯盘与所述温度传感器电连接于所述控制器，所述控制器用于接收所述温度传感器传输的温度信号以及控制所述加热灯盘的电压。

6.如权利要求1所述退火装置，其特征在于，所述匀流结构包括匀流板，所述匀流板上设置有多个气孔，用于将所述匀流腔与所述工艺腔连通。

7.如权利要求6所述退火装置，其特征在于，所述加热室底部设有用于排出加工尾气的排气管，所述排气管外部套设有保护管套及保护气体组件，其中，所述保护套管与所述排气管之间形成环形空间，并且在所述保护套管中设置有进气口；所述保护气体组件与所述进气口连接，用于向所述环形空间中输送保护气体，所述保护气体用于防止加工尾气腐蚀所述排气管。

8.如权利要求7所述退火装置，其特征在于，所述保护气体组件包括气源、保护气体进气管路及设置在所述保护气体进气管路上的流量调节阀和通断阀，其中，所述保护气体进气管路的进气端与所述气源连接，出气端与所述进气口连接。

9.如权利要求1所述退火装置，其特征在于，所述风冷室、水冷室内设置有红外感应装置，所述红外感应装置与控制器电连接，用于开启风冷、水冷程序。

10.如权利要求1所述退火装置，其特征在于，所述排水阀外接有冷却水回收装置。

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