非接触式晶圆退火装置的制作方法

本实用新型涉及一种晶圆退火装置，特别是涉及一种非接触式晶圆退火装置。

背景技术：

随着科技的进步，半导体芯片已经应用到社会生活的各个领域，芯片通常由晶圆制成，所述晶圆诸如是硅或其他半导体材料晶片。制造过程中，根据不同的工艺制程，例如合金、氧化或氮化、离子注入退火、掺杂活化以及吸杂等，往往需要对晶圆进行多步退火热处理，使晶体的损伤得到修复，并消除位错和原生缺陷。

现有技术通常把晶圆放在工艺腔内的石英架上，并用高强度的光源辐射加热晶圆。光源通常是阵列排布的灯管，不同灯管照射晶圆表面不同的位置。通常使用热电偶测量背光面的温度，热电偶的接触式测量显然是有局限的，可能会对晶圆表面造成损伤，并且测量精度一般。石英架与晶圆接触会影响晶圆表面热量的传递；由于不同灯管的辐照具有差异性，若对灯管的辐照集中控制，这就会造成晶圆退火温度的不均匀。在某些工艺中，晶圆的正面已经制作出集成电路，还需对其背面进行退火，那么晶圆的正面不适宜与石英接触，若接触，容易造成正面集成电路的损伤且晶圆加热温度不均匀；若只用托架支撑晶圆边缘，进行背面加热退火，那么在退火过程中由于热应力又会造成晶圆变形，尤其是大尺寸晶圆。

退火温度不均匀，晶圆表面损伤现象会直接影响半导体芯片的电学性能，所以，如何避免上述问题的出现是相关领域目前亟待解决的。

技术实现要素：

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种操作简便，退火温度均匀，测量精度高，能够避免晶圆损伤且可以在不损伤晶圆正面及边缘的同时对晶圆背面进行退火的高度自动化的非接触式晶圆退火装置。

本实用新型提供一种非接触式晶圆退火装置，包括晶圆、气浮载台、光源、红外测温探头以及控制器，其中：

气浮载台均匀密布多个气孔，气体从所述气孔通入，形成气垫，用于支撑所述晶圆，所述气浮载台直径处设置测温孔；

光源设置在晶圆的正上方，通过辐射对晶圆进行加热；

红外测温探头设置在气浮载台正下方，通过所述测温孔测量晶圆温度；

控制器与所述红外测温探头相连，控制光源辐照功率进而控制晶圆温度。

一种运用非接触式晶圆退火装置进行退火，包括以下步骤：

气浮载台通入第一气体，形成气垫，然后将晶圆放在气垫上；

向装置内通入第二气体对密闭腔室进行吹扫；

吹扫完毕后停止通入第二气体，开始通入第三气体，同时开启光源进行加热，红外测温探头红外光通过测温孔测量晶圆背光面温度，控制器根据红外测温探头的测量数据控制光源辐照功率，进而控制升温速率；

升温一段时间后停止加热，停止通入第三气体，改为通入第二气体对密闭腔室进行吹扫降温，降温到500℃时取出晶圆，在室温下继续冷却，冷却至室温，然后装置关机，停止所有气体通入。

相对于现有技术的退火装置，本实用新型的非接触式退火装置具有如下技术效果：

1)本实用新型的非接触式晶圆退火装置，采用气浮载台使晶圆悬浮退火，可以降低因接触碰触而造成晶圆损坏的情形。

2)本实用新型的非接触式晶圆退火装置，采用气浮载台使晶圆悬浮退火，若晶圆正面已经成型，在不损伤晶圆正面的情况下，也可以对背面进行退火，加热均匀。

3)本实用新型的非接触式晶圆退火装置，采用红外测温探头在不接触晶圆的情况下对晶圆进行测量，避免了对晶圆表面造成损伤，且测量精度高，检测速率快。

4)本实用新型的非接触式晶圆退火装置，采用控制器对测温仪器进行功率控制，使晶圆退火温度更加均匀。

5)采用本实用新型晶圆退火装置进行退火，操作简便，适应多种退火工艺。

6)采用本实用新型晶圆退火装置进行退火，可实现高度自动化的流水作业。

附图说明

图1是本实用新型非接触式晶圆退火装置结构示意图。

图2是本实用新型非接触式晶圆退火装置中气浮载台结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：

如图1、2所示，一种非接触式晶圆退火装置，包括晶圆2、气浮载台3、光源、红外测温探头5以及控制器6，其中：

光源为阵列排布灯管1，不同灯管1照射晶圆2表面的不同位置；

气浮载台3截面为圆形，其中间设置测温孔4，所述测温孔4位于所述气浮载台3直径位置处，且测温孔4的长度大于等于晶圆2的直径长度。测温孔4的宽度根据红外测温探头5的尺寸确定，且越窄越好，但不能遮挡红外测温。气浮载台3优选高品质的多孔陶瓷，其上均匀密布多个气孔，气体从气孔喷出形成气垫，用于支撑晶圆2，使晶圆2悬浮在装置内，实现零摩擦加热退火。其中通入的气体为氩气，还可以根据工艺需要来选择氮气，氢气等。

灯管1设置在晶圆2的正上方，通过热辐射对晶圆2进行加热；

红外测温探头5阵列排布设置在气浮载台3正下方，通过测温孔4测量晶圆2背光面温度。控制器6与红外测温探头5相连，控制器6根据红外测温探头5传送的测量数据来控制灯管1的辐照功率，对晶圆2进行均匀性加热。其中，一个灯管1加热晶圆2的一个区域，一个红外测温探头5对应一个灯管1并监测该灯管1加热区域的温度。

一种运用非接触式晶圆退火装置进行退火，包括以下步骤：

晶圆2放入前，气浮载台3通入常温氩气，形成气垫，然后将晶圆2放在气垫上；

向装置通入15000sccm氮气对密闭腔室进行1min吹扫，其中，密闭密闭腔室两端分别连接进气口和出气口；

吹扫完毕后停止通入氮气，按1：1比例，以2600sccm流量通入氩气和氢气，同时开启灯管1开始加热，控制升温速率40℃/min，升温到1100℃，保持1小时，期间，红外测温探头5通过测温孔4测量晶圆2背光面温度，控制器根据红外测温探头5的测量数据控制灯管1辐照功率，进而控制升温速率；

停止加热，停止通入氩气和氢气，改为通入15000sccm氮气对密闭腔室进行吹扫降温，降温到500℃时采用机械手取出晶圆2，并在室温下冷却至室温；之后装置关机，停止所有气体通入。

综上所述，本实用新型非接触式晶圆退火装置的气浮载台以及红外测温探头可以达到晶圆退火的温度均匀性，降低了晶圆表面损坏程度；运用该装置进行退火，操作简单，可实现高度自动化流水作业。

以上结合附图对本实用新型优选实施例进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型保护范围之内。