CN216528807U - 一种半导体晶圆连续退火处理设备 - Google Patents

Abstract

一种半导体晶圆连续退火处理设备，属于半导体退火设备技术领域，该连续退火处理设备，包括退火炉体以及穿过退火炉体并向其中运输晶圆的运输载台，退火炉体沿着运输载台的运输方向依次设置的升温腔室、持温腔室和降温腔室，本实用新型的有益效果是，该退火处理设备结构设计简单，在批量处理晶圆的过程中，不需要额外的等待时间，解决了单个退火腔室的退火炉等待时间过长的问题，提升了退火的效率。

Description

一种半导体晶圆连续退火处理设备

技术领域

本实用新型涉及半导体退火设备技术领域，尤其涉及一种半导体晶圆连续退火处理设备。

背景技术

在半导体产品加工过程中，热处理(退火)通常是必备工序，比如离子注入后的晶格修复退火、金属沉积后的合金退火、金半接触的界面热处理等，都需要特定的退火设备来实现工艺需求。目前常用的退火设备有两类：热传导加热设备和辐照加热设备。

常见的热传导加热设备为炉管。它主要由管体、舟架、数个加热器组成。炉管一次可加工晶圆25至50片，具有作业量大的特点。但在实际生产过程中，晶圆进出管体速度缓慢，升降温速度更慢，加工一炉产品需要长达数小时之久，其中升降温耗时占比约为50％。常规的辐照加热设备为快速退火炉(RTP)。它主要由辐照钨卤素灯、晶圆载盘和石英腔室组成。其通过光辐照的方式可将晶圆在非常短的时间内加热至400—1300℃，相对于炉管退火，它具有热积存小、杂质运动少，玷污引入小等特点。

目前，快速退火炉热处理的过程大致为6步：传片、通气、升温、持温、降温、传出。详细过程为：将晶圆传入退火炉；待晶圆放置在指定位置后后，向炉内通入工艺气体，保持一段时间后，实现杂质气体的排出，并实现工艺气体的稳定；当炉内气氛稳定时，钨卤素灯开始按照设定程序工作，实现快速升温，使晶圆达到工艺要求退火的温度；并保持一段时间，进行热处理；然后参照设定的程序降温；最后将晶圆传出。在整个热处理过程中，只有持温阶段为实际有效时段，然而其时间占比只有20％左右。在实际生产过程中，快速退火炉一次只能加工1片或几片晶圆，单次加工数量非常小，实际有效加工时间短，大部分时间浪费在非有效过程中，这些严重限制了快速退火炉的热处理效率。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种半导体晶圆连续退火处理设备，结构设计简单，在批量处理晶圆的过程中，不需要额外的等待时间，解决了单个退火腔室的退火炉等待时间过长的问题，提升了退火的效率。

为实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：所述半导体晶圆连续退火处理设备，包括退火炉体以及穿过退火炉体并向其中运输晶圆的运输载台，所述退火炉体沿着所述运输载台的运输方向依次设置的升温腔室、持温腔室和降温腔室。

所述运输载台设置为旋转载台，所述旋转载台沿其周向等间隔设置有用于定位晶圆的定位槽，所述旋转载台的中心通过转轴与驱动电机相连。

所述退火炉体包括外炉体，所述外炉体的内部设置有内炉体，所述外炉体与内炉体相隔一段距离形成隔离腔，所述外炉体的内壁的上下两侧设置有辐照加热组件。

所述内炉体沿其长度方向设置所述升温腔室、持温腔室和降温腔室，相邻两个腔室之间设置有自动密封门Ⅰ，所述内炉体的进口和出口处均设置有自动密封门Ⅱ，所述外炉体的进口和出口处均设置有自动密封门Ⅲ。

所述自动密封门Ⅰ、自动密封门Ⅱ和自动密封门Ⅲ的结构相同，均包括上升降门和下升降门，当所述上升降门和下升降门关闭时，所述上升降门和下升降门与所述运输载台的上下表面密封接触。

所述辐照加热组件包括与所述升温腔室相对的加热排管Ⅰ、与所述持温腔室相对的加热排管Ⅱ和与所述降温腔室相对的加热排管Ⅲ。

所述加热排管Ⅰ、加热排管Ⅱ和加热排管Ⅲ的结构相同，均包括相对设置的上排管和下排管，所述上排管和下排管均由多个加热灯管并排排布，且所述上排管中的加热灯管与下排管中的加热灯管相互垂直。

所述加热排管Ⅰ、加热排管Ⅱ和加热排管Ⅲ均由多个钨卤素灯管并排布置。

所述外炉体的内壁上设置有镀金反射层，所述内炉体设置为石英炉体。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型通过将退火炉体内的腔室设置成升温腔室、持温腔室和降温腔室，使运输载台承载晶圆依次通过升温腔室、持温腔室和降温腔室，一个晶圆在降温腔室降温以完成退火处理时，其他晶圆无需等待便可进行升温和持温的过程，节省了大量的等待时间，解决了单个退火腔室的退火炉等待时间过长的问题，提升了退火的效率。

2、本实用新型通过在内炉体外设置外炉体，外炉体的内壁上安装辐照加热组件，使辐照加热组件与晶圆之间被内炉体隔开，保证了内炉体的反应室内气体的正常反应，保证了退火处理的顺利进行。

3、本实用新型通过对升温腔室、持温腔室和降温腔室分别配备加热排管Ⅰ、加热排管Ⅱ和加热排管Ⅲ，加热排管Ⅰ、加热排管Ⅱ和加热排管Ⅲ由多个钨卤素灯管并排布置，且分别独立控制其功率，实现了对三个腔室内的晶圆退火处理温度的单独控制，适用于多种退火处理工艺。

4、本实用新型通过在内炉体和外炉体上设置自动密封门，在晶圆进行退火处理时，自动密封门将升温腔室、持温腔室和降温腔室密封，有效保证了退火的温度在设定的范围内，保证了退火处理的精度。

综上，该退火处理设备结构设计简单，在批量处理晶圆的过程中，不需要额外的等待时间，解决了单个退火腔室的退火炉等待时间过长的问题，提升了退火的效率。

附图说明

下面对本实用新型说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本实用新型的俯视图；

图2为本实用新型中退火炉体的内部结构示意图；

上述图中的标记均为：1.退火炉体，11.外炉体，111.自动密封门Ⅲ，12.内炉体，121.升温腔室，122.持温腔室，123.降温腔室，124.自动密封门Ⅰ，125.自动密封门Ⅱ，13.隔离腔，2.运输载台，21.定位槽，3.加热排管Ⅰ，31.上排管，32.下排管，4.加热排管Ⅱ，5.加热排管Ⅲ，6.晶圆。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型具体的实施方案为：如图1和图2所示，一种半导体晶圆连续退火处理设备，包括退火炉体1以及穿过退火炉体1并向其中运输晶圆6的运输载台2，退火炉体1沿着运输载台2的运输方向依次设置的升温腔室121、持温腔室122和降温腔室123，使运输载台2承载晶圆6依次通过升温腔室121、持温腔室122和降温腔室123，一个晶圆在降温腔室123降温以完成退火处理时，其他晶圆无需等待便可进行升温和持温的过程，节省了大量的等待时间，解决了单个退火腔室的退火炉等待时间过长的问题，提升了退火的效率。

具体地，其中的运输载台2设置为旋转载台，旋转载台沿其周向等间隔设置有用于定位晶圆6的定位槽21，旋转载台的中心通过转轴与驱动电机相连，通过PLC控制单元设定驱动电机的转速和停留的时间间隔，使旋转载台上的晶圆依次经过升温腔室121、持温腔室122和降温腔室123进行连续退火处理。

具体地，其中的退火炉体1包括外炉体11，外炉体11的内部通过支撑块连接有内炉体12，内炉体12内通入工艺气体，外炉体11与内炉体12相隔一段距离形成隔离腔13，外炉体11的内壁的上下两侧设置有辐照加热组件，使辐照加热组件与晶圆之间被内炉体12隔开，保证了退火处理的顺利进行。

其中的内炉体12沿其长度方向设置升温腔室121、持温腔室122和降温腔室123，相邻两个腔室之间设置有自动密封门Ⅰ124，内炉体12的进口和出口处均设置有自动密封门Ⅱ125，外炉体11的进口和出口处均设置有自动密封门Ⅲ111。其中的自动密封门Ⅰ124、自动密封门Ⅱ125和自动密封门Ⅲ111的结构相同，均包括上升降门和下升降门，在晶圆进行退火处理时，上升降门和下升降门关闭并与运输载台2的上下表面密封接触，将升温腔室121、持温腔室122和降温腔室123密封，有效保证了退火的温度在设定的范围内，保证了退火处理的精度，当运输载台2传输的过程中，自动密封门Ⅰ124、自动密封门Ⅱ125和自动密封门Ⅲ111自动打开，可保证晶圆的顺利送入相应腔室内。

其中的辐照加热组件包括与升温腔室121相对的加热排管Ⅰ3、与持温腔室122相对的加热排管Ⅱ4和与降温腔室123相对的加热排管Ⅲ5，加热排管Ⅰ3、加热排管Ⅱ4和加热排管Ⅲ5的结构相同，均包括相对设置的上排管31和下排管32，上排管31和下排管32均由多个加热灯管并排排布，且上排管31中的加热灯管与下排管32中的加热灯管相互垂直，保证了加热面的全覆盖，进一步提高了加热的均匀性。其中的加热排管Ⅰ3、加热排管Ⅱ4和加热排管Ⅲ5均由多个钨卤素灯管并排布置，起到提供辐射光源的作用，能使晶圆快速到达退火温度，通过控制与相应腔室相对的钨卤素灯管的功率可控制退火的温度，其中的钨卤素灯管的功率控制属于现有技术，可通过控制器控制对应电源的输出电压或电流来控制对应加热排管的功率。

另外，其中的外炉体11的内壁上设置有镀金反射层，可更好地反射辐照加热组件中钨卤素灯管发出的热量，进一步提高了退火升温的效率；其中的内炉体12设置为石英炉体，耐火耐高温，保证了退火处理工艺的正常进行。

上述退火处理设备的使用方法是：首先，根据退火工艺要求，设定加热排管Ⅰ3、加热排管Ⅱ4和加热排管Ⅲ5的工作功率；使运输载台2转动，运用机械手向运输载台2上传输晶圆6，使晶圆6放置在定位槽21内。然后，向内炉体12内通入工艺气体，使升温腔室121、持温腔室122和降温腔室123内气氛稳定，运输载台2带动前方的晶圆6首先进入升温腔室121，开启加热排管Ⅰ3、加热排管Ⅱ4和加热排管Ⅲ5，使其以设定的功率工作，当前方的晶圆6在升温腔室121内设定的时间后，运输载台2转动将前方的晶圆转入持温腔室122进行有效退火处理，同时后方的晶圆进入升温腔室121准备，当前方的晶圆6进入降温腔室123后，后方的晶圆6进入持温腔室122进行有效退火处理，实现了晶圆的批量连续退火处理；在晶圆6进行退火处理时，上升降门和下升降门关闭并与运输载台2的上下表面密封接触，将升温腔室121、持温腔室122和降温腔室123密封，在晶圆6传输时，自动密封门Ⅰ124、自动密封门Ⅱ125和自动密封门Ⅲ111自动打开，可保证晶圆的顺利送入相应腔室内。最后，经过升温腔室121、持温腔室122和降温腔室123的晶圆6完成退火处理，通过机械手将完成退火处理的晶圆6取出放置在指定位置。

综上，该退火处理设备结构设计简单，在批量处理晶圆的过程中，不需要额外的等待时间，解决了单个退火腔室的退火炉等待时间过长的问题，提升了退火的效率。

以上所述，只是用图解说明本实用新型的一些原理，本说明书并非是要将本实用新型局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。

Claims (9)

1.一种半导体晶圆连续退火处理设备，其特征在于，包括退火炉体以及穿过退火炉体并向其中运输晶圆的运输载台，所述退火炉体沿着所述运输载台的运输方向依次设置的升温腔室、持温腔室和降温腔室。

2.根据权利要求1所述的半导体晶圆连续退火处理设备，其特征在于：所述运输载台设置为旋转载台，所述旋转载台沿其周向等间隔设置有用于定位晶圆的定位槽，所述旋转载台的中心通过转轴与驱动电机相连。

3.根据权利要求1或2所述的半导体晶圆连续退火处理设备，其特征在于：所述退火炉体包括外炉体，所述外炉体的内部设置有内炉体，所述外炉体与内炉体相隔一段距离形成隔离腔，所述外炉体的内壁的上下两侧设置有辐照加热组件。

4.根据权利要求3所述的半导体晶圆连续退火处理设备，其特征在于：所述内炉体沿其长度方向设置所述升温腔室、持温腔室和降温腔室，相邻两个腔室之间设置有自动密封门Ⅰ，所述内炉体的进口和出口处均设置有自动密封门Ⅱ，所述外炉体的进口和出口处均设置有自动密封门Ⅲ。

5.根据权利要求4所述的半导体晶圆连续退火处理设备，其特征在于：所述自动密封门Ⅰ、自动密封门Ⅱ和自动密封门Ⅲ的结构相同，均包括上升降门和下升降门，当所述上升降门和下升降门关闭时，所述上升降门和下升降门与所述运输载台的上下表面密封接触。

6.根据权利要求3所述的半导体晶圆连续退火处理设备，其特征在于：所述辐照加热组件包括与所述升温腔室相对的加热排管Ⅰ、与所述持温腔室相对的加热排管Ⅱ和与所述降温腔室相对的加热排管Ⅲ。

7.根据权利要求6所述的半导体晶圆连续退火处理设备，其特征在于：所述加热排管Ⅰ、加热排管Ⅱ和加热排管Ⅲ的结构相同，均包括相对设置的上排管和下排管，所述上排管和下排管均由多个加热灯管并排排布，且所述上排管中的加热灯管与下排管中的加热灯管相互垂直。

8.根据权利要求6所述的半导体晶圆连续退火处理设备，其特征在于：所述加热排管Ⅰ、加热排管Ⅱ和加热排管Ⅲ均由多个钨卤素灯管并排布置。

9.根据权利要求3所述的半导体晶圆连续退火处理设备，其特征在于：所述外炉体的内壁上设置有镀金反射层，所述内炉体设置为石英炉体。

Images