CN220624864U - 一种半导体快速退火炉工艺腔体结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种半导体快速退火炉工艺腔体结构，至少包括炉体和炉门，炉门位于炉体的炉口处且与炉体相互配合形成密封腔室；炉体的内部为炉体腔室，炉体腔室的内部设有石英腔体，石英腔体的内部为工艺腔室，炉体的顶部设有上盖板，炉体的底部设有下盖板，上盖板内部和下盖板内部设有冷却系统，在石英腔体与上盖板之间设有若干个横向隔空布置的卤钨素灯，在炉体腔室的内部表面设有反射镀层。本实用新型设置卤钨素灯作为炉体内的热源，对石英腔体内部的晶圆进行快速的工艺加热，升温快速，提升工作效率。在炉体腔室的内部表面设有反射镀层，可增强加热的效果，提高工艺效果。本实用新型设置冷却系统防止内部热量影响外部工作环境及工作安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体设备技术领域，尤其是一种半导体快速退火炉工艺腔体结构。
背景技术
当前半导体行业快速发展，芯片已被广泛应用于各行各业，快速退火炉是半导体晶圆制造中经常用到的一种工艺设备。在半导体行业的晶圆制造中，离子注入以后需要给离子成键以及修复晶圆，通常使用快速退火炉进行快速热退火。快速热退火是一项对温度非常敏感的工艺，一摄氏度级别的温度变化即可极大影响晶圆的中杂质离子的载流子浓度，晶圆快速热退火的理想状态是晶圆在悬空并接受双面的均匀加热。快速高温退火的效果包括离子注入后修复晶格，活化杂质，氧化、氮化、硅化物生成、金属合金化等。随着半导体的不断发展，对快速退火炉的加热效果提出改进要求，其工艺腔体的结构需要更加合理和优越。
实用新型内容
本申请人针对上述现有半导体快速退火炉存在的加热性能和效果需要改进等缺点，提供了一种结构合理的半导体快速退火炉工艺腔体结构，能够对石英腔体内部的晶圆进行快速升温，增强加热的效果，使退火炉腔体结构得到改进。
本实用新型所采用的技术方案如下：
一种半导体快速退火炉工艺腔体结构，至少包括炉体和炉门，炉门位于炉体的炉口处且与炉体相互配合形成密封腔室；炉体的内部为炉体腔室，炉体腔室的内部设有石英腔体，石英腔体的内部为工艺腔室，炉体的顶部设有上盖板，炉体的底部设有下盖板，上盖板内部和下盖板内部设有冷却系统，在石英腔体与上盖板之间设有若干个横向隔空布置的卤钨素灯，在炉体腔室的内部表面设有反射镀层。
作为上述技术方案的进一步改进：
冷却系统包括设置在上盖板和/或下盖板内部的水路，在上盖板和/或下盖板上对应设置有水路的进出水接口。
在炉体的上盖板和/或下盖板与石英腔体对应的表面上设有反射镀层。
反射镀层为金膜。
炉门通过炉体左右两侧的滑轨架设在炉体的炉口处，在炉体的底部表面设有驱动气缸和两组直线导轨，直线导轨安装在炉体底部且连接炉门，驱动气缸的输出端与炉门垂直连接。
在炉体的炉口位置设有排气系统，排气系统通过管路连通炉体内的工艺腔室和外界环境。
炉体的尾部向外连通到外部的进气系统，进气系统通过管路连通到炉体内的工艺腔室中。
炉门包括推拉门板、第一支撑杆、第二支撑杆及支撑垫块，推拉门板与退火炉的炉腔配合，在推拉门板朝向炉腔的内侧面上设有第一支撑杆和第二支撑杆，在第一支撑杆和第二支撑杆上设有支撑臂，支撑臂上对应设有支撑垫块，第一支撑杆和第二支撑杆上的支撑垫块形成支承上方晶圆的圆周支撑结构，每个支撑垫块为具有上下两个台阶的块形结构，薄片晶圆通过晶圆托盘放置于上层台阶处，厚片晶圆放置于下层台阶处。
支撑垫块的上下两个台阶位于阶梯状的坡上，上层台阶的上方为斜坡面，上层台阶与下层台阶之间为斜坡面，晶圆托盘从上层台阶的上方斜坡面放置于上层台阶处，厚片晶圆从上下层台阶之间的斜坡面放置于下层台阶处。
在推拉门板的内侧面设有热电偶，热电偶从推拉门板的内侧面伸向炉腔的内部。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型在炉体腔室内设置卤钨素灯作为炉体内的热源，对石英腔体内部的晶圆进行快速的工艺加热，升温快速，提升工作效率。在炉体腔室的内部表面设有反射镀层，可增强加热的效果，提高工艺效果。在炉体腔室的上盖板内部和下盖板内部设有冷却系统，防止内部热量影响外部工作环境及工作安全。
本实用新型炉门的两个支撑杆上的支撑垫块具有两级台阶，下层台阶用于放置较厚的晶圆，上层台阶用于放置较薄晶圆的托盘，可兼容支撑薄片晶圆托盘的功能，厚片晶圆、薄片晶圆都能处理，还能降低薄晶圆的破片率，保证了薄片晶圆在推拉门板传输过程中的稳定性和安全性，降低碎片率，热电偶可以实时检测工艺温度。
附图说明
图1为本实用新型的立体图。
图2为本实用新型的剖视图。
图3为本实用新型的另一立体图。
图中：1、炉体；2、炉门；3、石英腔体；4、上盖板；5、下盖板；6、水路；7、进出水接口；8、卤钨素灯；9、反射镀层；10、滑轨；11、驱动气缸；12、直线导轨；13、排气系统；14、进气系统；15、第一支撑杆；16、第二支撑杆；17、热电偶。
具体实施方式
下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。
如图1至图3所示，本实用新型所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，至少包括炉体1和炉门2，炉门2位于炉体1的炉口处且与炉体1相互配合形成密封腔室。炉体1优选为方形的箱体结构，炉体1的内部为炉体1腔室，炉体1腔室的内部设有石英腔体3，石英腔体3的内部为工艺腔室。
炉体1的顶部设有上盖板4，炉体1的底部设有下盖板5，上盖板4内部和下盖板5内部设有冷却系统，防止内部热量影响外部工作环境及工作安全。冷却系统包括设置在上盖板4和/或下盖板5内部的水路6，在上盖板4和/或下盖板5上对应设置有水路6的进出水接口7。
在炉体1的前端开设有炉口，石英腔体3具有对应的腔体开口，炉门2与炉体1配合时将炉口及石英腔体3的腔体开口密封。在石英腔体3与上盖板4之间设有若干个横向隔空布置的卤钨素灯8，卤钨素灯8为炉体1内的热源，对石英腔体3内部的晶圆进行工艺加热。在炉体1腔室的内部表面设有反射镀层9，可增强加热的效果。反射镀层9优选为金膜。具体的，在炉体1的上盖板4和/或下盖板5与石英腔体3对应的表面上设有反射镀层9。
炉门2通过炉体1左右两侧的滑轨10架设在炉体1的炉口处，炉门2相对于炉体1可前后滑移。在炉体1的底部表面设有驱动气缸11和两组直线导轨12，直线导轨12安装在炉体1底部且连接炉门2，在炉门2移动时起导向作用。驱动气缸11的输出端与炉门2垂直连接。驱动气缸11输出的动力带动炉门2进行前后移动，使炉门2与炉体1贴合密封，将炉门2锁紧闭合。
在炉体1的炉口位置设有排气系统13。排气系统13通过管路连通炉体1内的工艺腔室和外界环境，工作时将工艺腔室内部的气体排出。炉体1的尾部向外连通到外部的进气系统14，进气系统14通过管路连通到炉体1内的工艺腔室中，工作时向工艺腔室内提供发生反应的工艺气体。本实用新型整个工艺结构采用尾部进气、炉口处出气，有利于工艺气体与晶圆的充分接触和高效排出。
炉门2包括推拉门板、第一支撑杆15、第二支撑杆16及支撑垫块，推拉门板与退火炉的炉腔配合，在推拉门板朝向炉腔的内侧面上设有第一支撑杆15和第二支撑杆16，在第一支撑杆15和第二支撑杆16上设有支撑臂，支撑臂上对应设有支撑垫块，第一支撑杆15和第二支撑杆16上的支撑垫块形成支承上方晶圆的圆周支撑结构，每个支撑垫块为具有上下两个台阶的块形结构，薄片晶圆通过晶圆托盘放置于上层台阶处，厚片晶圆放置于下层台阶处。
第一支撑杆15和第二支撑杆16并列平行设置，第一支撑杆15和第二支撑杆16朝向炉腔的内部。第一支撑杆15和第二支撑杆16上的支撑垫块共计为3个，第一支撑杆15上设有2个支撑臂和对应的支撑垫块，第二支撑杆16上设有1个支撑臂和对应的支撑垫块；3个支撑垫块形成位于同一圆周上的三个支撑点，共同形成支承上方晶圆的圆周支撑结构。
支撑垫块的上下两个台阶位于阶梯状的坡上，上层台阶的上方为斜坡面，上层台阶与下层台阶之间为斜坡面。晶圆托盘从上层台阶的上方斜坡面放置于上层台阶处。厚片晶圆从上下层台阶之间的斜坡面放置于下层台阶处。
晶圆托盘为环状结构，在晶圆托盘的内圆周设有支承和限位放入的薄片晶圆的内台阶。
在推拉门板的内侧面设有热电偶17，热电偶17从推拉门板的内侧面伸向炉腔的内部，到达薄片晶圆或者厚片晶圆的位置下方。热电偶17的数量为两根以上。
本实用新型在炉体1腔室内设置卤钨素灯8作为炉体1内的热源，对石英腔体3内部的晶圆进行快速的工艺加热，升温快速，提升工作效率。在炉体1腔室的内部表面设有反射镀层9，可增强加热的效果，提高工艺效果。在炉体1腔室的上盖板4内部和下盖板5内部设有冷却系统，实现炉体1的快速冷却，工作效率高。
本实用新型炉门2的两个支撑杆上的支撑垫块具有两级台阶，下层台阶用于放置较厚的晶圆，上层台阶用于放置较薄晶圆的托盘，可兼容支撑薄片晶圆托盘的功能，厚片晶圆、薄片晶圆都能处理，还能降低薄晶圆的破片率，保证了薄片晶圆在推拉门板传输过程中的稳定性和安全性，降低碎片率，热电偶17可以实时检测工艺温度。
以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，在不违背本实用新型精神的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：至少包括炉体(1)和炉门(2)，炉门(2)位于炉体(1)的炉口处且与炉体(1)相互配合形成密封腔室；炉体(1)的内部为炉体(1)腔室，炉体(1)腔室的内部设有石英腔体(3)，石英腔体(3)的内部为工艺腔室，炉体(1)的顶部设有上盖板(4)，炉体(1)的底部设有下盖板(5)，上盖板(4)内部和下盖板(5)内部设有冷却系统，在石英腔体(3)与上盖板(4)之间设有若干个横向隔空布置的卤钨素灯(8)，在炉体(1)腔室的内部表面设有反射镀层(9)。
2.根据权利要求1所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：冷却系统包括设置在上盖板(4)和/或下盖板(5)内部的水路(6)，在上盖板(4)和/或下盖板(5)上对应设置有水路(6)的进出水接口(7)。
3.根据权利要求1所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：在炉体(1)的上盖板(4)和/或下盖板(5)与石英腔体(3)对应的表面上设有反射镀层(9)。
4.根据权利要求1所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：反射镀层(9)为金膜。
5.根据权利要求1所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：炉门(2)通过炉体(1)左右两侧的滑轨(10)架设在炉体(1)的炉口处，在炉体(1)的底部表面设有驱动气缸(11)和两组直线导轨(12)，直线导轨(12)安装在炉体(1)底部且连接炉门(2)，驱动气缸(11)的输出端与炉门(2)垂直连接。
6.根据权利要求1所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：在炉体(1)的炉口位置设有排气系统(13)，排气系统(13)通过管路连通炉体(1)内的工艺腔室和外界环境。
7.根据权利要求1所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：炉体(1)的尾部向外连通到外部的进气系统(14)，进气系统(14)通过管路连通到炉体(1)内的工艺腔室中。
8.根据权利要求1所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：炉门(2)包括推拉门板、第一支撑杆(15)、第二支撑杆(16)及支撑垫块，推拉门板与退火炉的炉腔配合，在推拉门板朝向炉腔的内侧面上设有第一支撑杆(15)和第二支撑杆(16)，在第一支撑杆(15)和第二支撑杆(16)上设有支撑臂，支撑臂上对应设有支撑垫块，第一支撑杆(15)和第二支撑杆(16)上的支撑垫块形成支承上方晶圆的圆周支撑结构，每个支撑垫块为具有上下两个台阶的块形结构，薄片晶圆通过晶圆托盘放置于上层台阶处，厚片晶圆放置于下层台阶处。
9.根据权利要求8所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：支撑垫块的上下两个台阶位于阶梯状的坡上，上层台阶的上方为斜坡面，上层台阶与下层台阶之间为斜坡面，晶圆托盘从上层台阶的上方斜坡面放置于上层台阶处，厚片晶圆从上下层台阶之间的斜坡面放置于下层台阶处。
10.根据权利要求8所述的半导体快速退火炉工艺腔体结构，其特征在于：在推拉门板的内侧面设有热电偶(17)，热电偶(17)从推拉门板的内侧面伸向炉腔的内部。
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