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红外快速退火炉分享,红外快速退火炉的制作方法

作者:admin 浏览量:149 来源:本站 时间:2022-09-17 12:17:50

信息摘要:

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红外快速退火炉的制作方法


1.本发明涉及红外快速退火炉,尤其涉及一种分区控制的红外快速退火炉。


背景技术:

2.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的经常用到一种工艺设备,加热晶圆并快速退火,常见用途有:高温退火,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,当前快速退火炉存在以下问题:
3.由于温度的边缘场效应,现有的办法主要是增加边缘处灯管辐射功率来达到目的,这种办法存在的缺陷在于灯管辐射范围为360
°
,增加边缘处灯管辐射功率,对中心辐射量也会增加,需极大提高边缘灯管辐射功率,才能达到边缘和中心平衡,另外提高边缘辐射量也可能会在边缘处产生过热的现象,现有退火炉体结构采用灯管并排辐射加热,灯管之间会互相影响,中心辐射量多,边缘辐射量多,目前采取平衡中心和边缘温度的方式均是较大增强边缘处灯管辐射效率,另外灯管之间相互辐射影响,也不利于调整整个温场温度均匀分布。
4.快速退火炉在经过长期高温退火后,灯管会有老化和换掉的情况出现,现有退火炉主要是通过温度改变来判断灯管是否有老化或损坏,且灯管位于设备内部,灯管出现损坏不发热的情况,也不易检查,灯管出现老化就更不易找出具体是哪根灯管,遇到这种情况,通常是将灯管全部换掉,费时费力费钱。
5.此外,晶圆退火对腔体真空度要求极高,真空度越高,腔体内杂质越少,快速热处理时混入杂质的风险越小。腔体采用石英板密封,石英板不能与金属结构件直接接触,否则石英板压紧后极易碎裂。


技术实现要素:

6.本发明主要目的在于提供一种具有良好温度均匀性及高真空腔体的快速退火炉结构。
7.本发明所采用的技术方案是:
8.提供一种红外快速退火炉,包括炉体,其内设有上、下两排红外灯管,相邻红外灯管之间均设有红外隔热挡片,阻隔红外光透过。
9.接上述技术方案,该红外快速退火炉还包括交流电流采集器和plc控制器,交流电流采集器与红外灯管的火线连接,并通过rs485与plc控制器连接,交流电流采集器将采集到红外灯管的电流数据传输给plc控制器,plc控制器将接收的数据传输到上位机,通过上位机的软件界面查看每路红外灯管电流,当每路红外灯管电流超过预设的上下限阈值时,发出报警信号。
10.接上述技术方案,该红外快速退火炉还包括功率调整器,与红外灯管连接,调节每个红外灯管的功率,使炉内加热均匀。
11.接上述技术方案,炉体内,上排的红外灯管之上和下排的红外灯管之下均设有反射盖板,将红外灯管的红外光均反射回炉体内。
12.接上述技术方案,炉体内设有两个灯管固定层,各固定一排红外灯管。
13.接上述技术方案,炉体内还设有密封腔体,待退火晶圆置于该密封腔体内。
14.接上述技术方案,该密封腔体两侧设有腔体结构件,其与两个灯管固定层之间均设有插槽,每个插槽内均插设一层石英玻璃板;腔体结构件与石英玻璃板压接处设有至少一圈第一凹槽,其内设有o型密封圈;两个灯管固定层与石英玻璃板压接处设有至少一圈第二凹槽,其内设有矩形密封圈。
15.接上述技术方案,矩形密封圈的压缩率大于o型密封圈的压缩率。
16.接上述技术方案,该密封腔体内设有两圈第一凹槽和两圈第二凹槽。
17.接上述技术方案,腔体结构件的一侧的两个o型密封圈之间设有辅助抽气接口。
18.本发明产生的有益效果是:本发明通过利用红外隔热挡片将各相邻红外灯管隔开,红外隔热片耐高温,且不利于红外光透过,以此减弱边缘灯管向中心位置辐射热量,将单根红外灯管隔离为单独辐射热源,较大减少红外波透过,可以有效缓解硅片加热过程中的边缘场效应,保持硅片具有良好的温度均匀性。
19.进一步地,通过交流电流采集器来监测红外灯管状态,如果检测出灯管电流偏出正常值范围,则发出报警,提示哪一根红外灯管异常,需进行更换,省时又省力。
20.进一步地,晶圆退火对腔体真空度要求极高,真空度越高,腔体内杂质越少,快速热处理时混入杂质的风险越小。本发明在炉体内设置石英玻璃板隔成的密封腔体,并在石英玻璃板两侧采用密封圈形式固定,一方面具备密封作用,另一方面防止石英玻璃板接触金属的腔体结构件。
附图说明
21.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
22.图1是本发明实施例红外快速退火炉的整体结构示意图;
23.图2是本发明实施例红外快速退火炉的红外灯管状态监测原理图;
24.图3是本发明实施例红外快速退火炉的上层红外灯管结构示意图;
25.图4是本发明实施例红外快速退火炉的红外隔热片的安装示意图;
26.图5是本发明实施例红外快速退火炉的功率调整器的连接示意图;
27.图6是本发明实施例红外快速退火炉的密封腔体结构示意图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
29.如图1、3、4所示,本发明实施例的红外快速退火炉包括炉体10,其内设有上、下两排红外灯管11,相邻红外灯管11之间均设有红外隔热挡片12,该红外隔热片耐高温至少1200℃,且不利于红外灯管的红外光透过,以此减弱边缘灯管向中心位置辐射热量。利用隔热挡片将单根灯管隔离为单独辐射热源,通过红外隔热挡片较大减少红外波透过,缓解了
硅片加热过程中的边缘场效应,可保持硅片具有良好的温度均匀性。
30.如图1、2所示,该红外快速退火炉还包括交流电流采集器20和plc控制器30,交流电流采集器20与红外灯管11的火线连接,并通过rs485与plc控制器30通讯连接,交流电流采集器20将采集到红外灯管11的电流数据传输给plc控制器30,plc控制器30将接收的数据传输到上位机,通过上位机的软件界面查看每路红外灯管电流,当每路红外灯管电流超过预设的上下限阈值时,发出报警信号。
31.本发明的一个具体实施例中,交流电流采集器20为交流穿孔式,将灯管火线连接端接入交流电流采集器中,退火炉开始加热工作时,交流电流采集器20会采集每路电流,上位机软件界面可即时查看每路灯管电流,在上位机中可设置每路灯管电流的上下限,当设备运行过程中灯管电流超过设定值,即会报警,提示灯管电流异常,由此可判断每根灯管状态是否正常。
32.进一步地,如图1、3、5所示,该红外快速退火炉还包括功率调整器40,与每一根红外灯管11连接,调节每个红外灯管11的功率,使炉内加热均匀。本发明实施例中功率调整器40主要通过调整电压来调整红外灯管的功率。
33.进一步地,如图1所示,该红外快速退火炉还包括温度控制表50、水冷装置、供气设备,退火炉体腔体内设置有热电偶,热电偶连接温度控制表50。通过温度控制表观察炉内的温度,并通过水冷装置调节炉内温度。供气设备为炉内提供所需气体。
34.本发明实施例中,如图3所示,炉体内,上排的红外灯管之上和下排的红外灯管之下均设有反射盖板13(下层的红外灯管和反射盖板均未示出),主要用于将红外灯管的红外光均反射回炉体内,减少红外能量耗损,提高红外能量的利用率。该反射盖板13可以为镀金反射板,也可以通过镀反射膜实现反射。
35.进一步地,炉体内还设有两个灯管固定层14,各固定一排红外灯管11。
36.如图6所示,炉体内还设有密封腔体60,待退火晶圆15置于该密封腔体60内。晶圆退火对腔体真空度要求极高,真空度越高,腔体内杂质越少,快速热处理时混入杂质的风险越小。本发明实施例的该密封腔体的上下均为石英玻璃板62,固定在炉体两侧的腔体结构件61上(腔体结构件61和石英玻璃板62构成密封腔体60)。
37.每个腔体结构件61上(与两个灯管固定层14之间)均设有两个插槽67,两个石英玻璃板62分别安装在两个插槽67内,且腔体结构件61与石英玻璃板压接处设有至少一圈凹槽,其内设有密封圈。本发明实施例中两个插槽67中间为一凸起件68,该凸起件68上设有至少一圈第一凹槽681,其内设有o型密封圈682,与两层石英玻璃板的两端内侧均压接;两个灯管固定层14与石英玻璃板62压接处也设有至少一圈凹槽,其内设有密封圈。本发明实施例中,两层石英玻璃板62的两端外侧的灯管固定层14上均设有至少一圈第二凹槽683,其内设有矩形密封圈684,与层石英玻璃板62的两端外侧均压接。该炉体密封方案,可大大减小石英板破裂风险。
38.本发明实施例中,矩形密封圈684的压缩率大于o型密封圈682的压缩率,可保证o型密封圈被充分压缩。为了保证更好的密封性,可在凸起件68上设有两圈第一凹槽681,在灯管固定层14上设置两圈第二凹槽683,两个第一凹槽681内均设置o型密封圈682。两个第二凹槽683内均设置矩形密封圈684。此外,在两层o型密封圈之间设置辅助抽气口65,使用抽气装置66与该辅助抽气口65连接,保持密封腔体60内负压,加强密封效果,使炉内的密封
腔体60内达到高真空状态;腔体处于正压状态时,由于矩形密封圈不易被压缩,石英玻璃板62不会碰到上下灯管的灯管固定层14,大大减小石英玻璃破裂的风险。
39.综上,本发明将各灯管加热空间单独隔开,减少相互辐射影响;采用灯管电流监测,可准确判断每根灯管是否在正常运行,避免因灯管损坏带来的风险;采用双o型密封圈结构,并在两o形圈间辅助抽气,达到高真空,石英玻璃板与灯管固定层使用矩形密封圈,避免玻璃承压正压破裂的风险。
40.应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。


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