半导体激光退火的预热装置和半导体激光退火设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体激光退火的预热装置和半导体激光退火设备。


背景技术：

2.随着半导体线宽的缩小和各种特殊工艺的兴起，对热预算的控制要求越来越高，由此激光退火被广泛应用于先进工艺中，相关技术中在晶圆进行激光退火之前一般需要对晶圆进行预热，但将晶圆置于预热板上时，由于预热板温度较高与晶圆之间的温差较大，温度急剧变化容易导致晶圆发生翘曲，而且晶圆落在预热板上晶圆中心与晶圆边缘也容易产生温差而增加晶圆的翘曲，使得晶圆产生缺陷甚至可能会破片。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种半导体激光退火的预热装置，能够避免晶圆预热时温度的急剧变化且使得晶圆受热均匀，提高晶圆良率。
4.根据本实用新型实施例的半导体激光退火的预热装置，包括：可承载待预热晶圆、并对所述待预热晶圆进行预热的预热板，所述预热板包括承载所述待预热晶圆的承载面，所述承载面的中心区域具有出气孔；所述预热板内还具有多个容纳孔，所述容纳孔的开口位于所述承载面上；多个晶圆支撑组件，所述晶圆支撑组件对应设置在所述容纳孔内，且所述晶圆支撑组件可伸出所述容纳孔或缩回所述容纳孔内，将所述待预热晶圆抬离所述承载面或落放至所述承载面；气体输送单元，所述气体输送单元与所述出气孔相连通。
5.根据本实用新型的一些实施例，所述预热板内形成有沿贯穿所述预热板厚度的通气管路，所述通气管路在所述承载面的开口形成为所述出气孔，所述通气管路连通所述气体输送单元。
6.根据本实用新型的一些实施例，所述出气孔包括至少一个第一中心孔和环绕所述第一中心孔的多个第二中心孔，所述第一中心孔沿所述预热板的厚度方向延伸，沿所述预热板的厚度方向中朝向所述承载面的方向，所述第二中心孔的延伸方向相对所述第一中心孔的延伸方向朝向所述承载面的边缘倾斜。
7.根据本实用新型的一些实施例，所述半导体激光退火的预热装置还包括气体输送管道，所述气体输送管道的一端与所述气体输送单元相连，所述气体输送管道的另一端伸入所述预热板内且与所述出气孔相连通。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述出气孔为多个且在所述承载面的中心区域均匀分布。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述晶圆支撑组件包括多个顶杆，多个所述顶杆垂直所述承载面。
10.根据本实用新型的一些实施例，多个所述顶杆沿所述加热板的周向均匀分布且设在所述承载面的中心区域的外围。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述半导体激光退火的预热装置还包括控制装置，所述控制装置与所述晶圆支撑组件和所述气体输送单元相连，以用于在所述晶圆支撑组件支撑所述待预热晶圆至预设高度后，控制所述气体输送单元向所述出气孔输送冷却气体。
12.本实用新型还提出了一种半导体激光退火设备。
13.根据本实用新型实施例的半导体激光退火设备包括：机台、退火装置、传输装置和预热装置，所述退火装置、所述传输装置和所述预热装置设在所述机台上，所述预热装置为上述任意实施例的半导体激光退火的预热装置，所述传输装置用于将所述预热装置预热后的晶圆传送至所述退火装置。
14.根据本实用新型实施例的半导体激光退火的预热装置，一方面，气体输送单元可通过出气孔朝向承载面中心区域的上方输送冷气，能够降低晶圆和承载面之间空间的温度，进而降低晶圆背面受热的温度，防止晶圆背面温度的急剧变化；另一方面，冷气流向晶圆中心区域，并可沿着晶圆朝向承载面的背面晶圆的边缘区域流动，从而可将晶圆中心区域的热量带到晶圆的边缘区域，不仅能够降低晶圆中心区域的温度，也能够减小晶圆中心区域和边缘区域的温差，平衡晶圆中心区域和边缘区域的温度，使得晶圆中心区域和边缘区域受热均匀，进而避免导致晶圆发生翘曲甚至碎片。
附图说明
15.图1根据本实用新型实施例的半导体激光退火设备的结构示意图；
16.图2为根据本实用新型实施例的半导体激光退火的预热装置的结构示意图；
17.图3为根据本实用新型一个实施例的半导体激光退火的预热装置的预热板的结构示意图；
18.图4为根据本实用新型另一个实施例的半导体激光退火的预热装置的预热板的结构示意图；
19.图5为根据本实用新型实施例的晶圆的结构示意图。
20.100：半导体激光退火设备；10：机台，20：传输装置，30：预热装置，40：退火装置；1：预热板，11：承载面，2：出气孔，21：第一中心孔，22：第二中心孔；3：气体输送单元，31：气体输送管道，4：顶杆；
21.5：晶圆，51：晶圆的中心区域，52：晶圆的边缘区域。
具体实施方式
22.以下结合附图和具体实施方式对本实用新型提出的一种半导体激光退火的预热装置作进一步详细说明。
23.如背景技术所述，晶圆在进行激光退火之前需要进行预热处理，而预热板与晶圆之间的温差大以及晶圆的边缘和中心存在温差的问题，导致晶圆容易发生翘曲。
24.发明人经研究发现，由于单晶硅在低温下具有一定的透光性，在对晶圆进行激光退火的工艺中，为了提高激光退火的效果，需要将透光的晶圆进行不透光工艺以使得激光能够打在晶圆上，具体地，可通过对晶圆进行加热以使得晶圆不透光，例如可通过预热板将晶圆加热到一定的温度，从而使得晶圆能够不透光。一般而言，可将晶圆加热到400度左右
以及以上的高温晶圆才能够完全不透光，例如，可晶圆加热到400-500度，而晶圆在落在预热板之前，晶圆的温度较低如处于正常室温状态，由此导致低温的晶圆落在高温的预热板上，晶圆与预热板温差较大，由于温度骤然变化，导致晶圆容易发生翘曲；同时晶圆的边缘区域散热快，而晶圆的中心区域散热慢，也使得晶圆的边缘区域和中心区域之间产生温差，进而导致晶圆受热均匀而更进一步地加剧了晶圆的翘曲，容易产生缺陷甚至破片。
25.下面参见附图描述根据本实用新型实施例的半导体激光退火的预热装置30。
26.根据本实用新型实施例的半导体激光退火的预热装置30可以包括预热板1、晶圆支撑组件和气体输送单元3。
27.预热板1可承载待预热晶圆5，并用于对待预热晶圆5进行预热，预热板1包括承载待预热晶圆5的承载面11，承载面11的中心区域具有出气孔，预热板1内还具有多个容纳孔，容纳孔的开口位于承载面11上；晶圆支撑组件对应设置在容纳孔内，且晶圆支撑组件可伸出容纳孔或缩回容纳孔内，将待预热晶圆5抬离承载面11或落放至承载面11；气体输送单元3与出气孔2相连通。
28.具体地，如图2所示，预热板1的上表面可形成为承载面11以用于承载晶圆5，并对待预热晶圆5进行加热，待预热晶圆5被传送至预热装置30时，从上向下落在预热板1的承载面11上，通过承载面11，将热量传导给来对待预热晶圆5，对待预热晶圆5进行加热，以使待预热晶圆5其达到一定温度后而呈现不透光的效果。
29.晶圆支撑组件沿上下方向可移动地设在预热板1的容纳孔内以用于承载待预热晶圆5，具体地，晶圆支撑组件可向上移动伸出承载面11以承接待预热晶圆5，待预热晶圆5落在晶圆支撑组件上，晶圆支撑组件缩回容纳孔，待预热晶圆5可随晶圆支撑组件向下移动以降落在承载面11上，其中可选地，在晶圆支撑组件缩回容纳孔之前，晶圆支撑组件可支撑待预热晶圆5在承载面11上方的一定高度，通过承载面11散发的热量来对待预热晶圆5进行预热，以减缓待预热晶圆5直接落在预热板1上进行加热时的温度急剧变化，当待预热晶圆5预热一段时间后，晶圆支撑组件向下运动以将待预热晶圆5降落在承载面11上进行加热。在待预热晶圆5预热完成后，晶圆支撑组件可将待预热晶圆5抬离预热板1的承载面11，并便于预热后的晶圆5离开预热装置30.
30.在对待预热晶圆5进行预热时，待预热晶圆5放置在晶圆支撑组件上，此时，待预热晶圆5的中心区域51的热量散发比较慢，而待预热晶圆5的边缘区域52热量散发相对比较快，导致待预热晶圆5的中心区域51温度高于待预热晶圆5的边缘区域52温度，待预热晶圆5受热不均匀。为了调整待预热晶圆5的整体温度，将待预热晶圆5放置在晶圆支撑组件上，待预热晶圆5的中心区域51与承载面11的中心区域相对应，在承载面11的中心区域设有出气孔2，气体输送单元3与出气孔2相连通以输送冷气，可选地，所述冷气可以为氮气、氩气、氦气等其中一种或多种。
31.一方面，气体输送单元3通过出气孔2朝向承载面11中心区域的上方输送冷气，能够降低待预热晶圆5和承载面11之间空间的温度，进而降低待预热晶圆5背面受热的温度，防止待预热晶圆5背面温度的急剧变化；另一方面，冷气的流动的方向即如图2所示的箭头的方向，冷气流向待预热晶圆5中心区域，并可沿着待预热晶圆5朝向承载面11的背面待预热晶圆5的边缘区域流动，从而可将待预热晶圆5中心区域的热量带到待预热晶圆5的边缘区域，不仅能够降低待预热晶圆5中心区域的温度，也能够减小待预热晶圆5中心区域12和
边缘区域13的温差，平衡待预热晶圆5中心区域和边缘区域的温度，使得待预热晶圆5中心区域和边缘区域受热均匀，进而避免导致待预热晶圆5发生翘曲甚至碎片。
32.值得一提的是，在本实用新型的一些实施例中，如图5所示，待预热晶圆5的中心区域可以是在待预热晶圆5的表面上邻近表面圆心的所对应的区域，待预热晶圆5的边缘区域即对应待预热晶圆5的表面上上邻近表面外边缘所对应的区域，例如，晶圆的中心区域51可指距离晶圆的圆心半径小于等于晶圆半径二分之一的对应的区域，例如，晶圆的边缘区域52可指距离晶圆的圆心半径尺寸大于等于晶圆2半径的二分之一对应的区域。
33.在本实用新型的一些实施例中，承载面11的中心区域可以是与待预热晶圆5的中心区域51对应的区域，承载面11的边缘区域可以指与待预热晶圆5的边缘区域52对应的区域。可选地，对于气体输送单元3输送的气体温度可以为100度-300度，例如，气体温度可以为100度、150度、200度以及250度，对于输送的冷却气体的温度也可以为其它温度，只要能够低于预热板1的预热温度起到对待预热晶圆5和预热板1之间的空间冷却即可。
34.在本实用新型的一些实施例中，预热板1内形成有沿预热板1的厚度方向贯穿的通气管路，通气管路在承载面11的开口形成为出气孔2，通气管路连通气体输送单元3，这样预热板1内形成有贯穿的通孔以形成通气管路，通气管路一端贯穿承载面11以形成出气孔2，通气管路的另一端与气体输送单元3相连通，由此，气体输送单元3的冷气进入通气管路传输，并通过出气孔2排出以吹向待预热晶圆5的中心区域，从而不需要设置单独的输送管路，结构简单且冷气输送方便。
35.在本实用新型的另一些实施例中，半导体激光退火的预热装置30还包括气体输送管道31，气体输送管道31的一端与气体输送单元3相连，气体输送管道31的另一端伸入预热板1内且与出气孔2相连通，这样，气体输送单元3的冷气可通过气体输送管道31直接输送至出气孔2，一方面通过气体输送管道31便于与气体输送单元3连接，方便冷气传输，另一方面，冷气通过气体输送管道31传输也能够防止冷气在传输过程中被预热板1加热而导致传输至待预热晶圆5的冷气温度升高，而失去降低温度的作用。
36.在本实用新型的一些实施例中，对于出气孔2的设置，如图4所示，出气孔2可以为一个且形成在预热板1的中心区域处，以对应待预热晶圆5的中心区域；在本实用新型的另一些实施例中，如图3所示，出气孔2可以为多个，多个出气孔2在承载面11的中心区域均匀分布，通过设置多个出气孔2，一方面可以增加冷气吹扫待预热晶圆5的中心区域的面积，进一步地提高对待预热晶圆5的中心区域的散热效果，另一方面，相同量的冷气通过多个出气孔2吹出，也能够减小冷气从出气孔2吹出时的力度，避免冷气过于集中而导致吹出时力度过大而导致待预热晶圆5位置发生改变，防止待预热晶圆5位置发生偏差而影响待预热晶圆5后续制程。
37.在本实用新型的一些实施例中，出气孔22包括至少一个第一中心孔21和环绕第一中心孔21的多个第二中心孔22，第一中心孔21沿预热板1的厚度方向延伸，在沿预热板1的厚度方向朝向承载面11的方向上，第二中心孔22的延伸方向相对第一中心孔21的延伸方向朝向承载面11的边缘倾斜。换言之，第一中心孔21可以一个或者多个，第二中心孔22为多个且环绕所述至少一个第一中心孔21设置，例如，如图所示，第一中心孔21可以为一个，多个第二中心孔22环绕的第一中心孔21的周向设置。通过第一中心孔21能够垂直向上吹气，通过位于第一中心孔21外周的第二中心孔22能够朝向远离第一中心孔21倾斜向外吹气，由
此，可形成由中心向外呈散射状的出气方式，从而可以防止所有出气孔2的方向均垂直晶圆而造成晶圆受力较大，也避免影响散热效果。
38.在本实用新型的一些实施例中，晶圆支撑组件可以包括多个顶杆4，多个顶杆4垂直承载面11，由此，多个顶杆4支撑待预热晶圆5，且沿垂直承载面11的方向可以移动，使得顶杆4能够垂直承载面11下移，待预热晶圆5随着顶杆4下移以能够落在承载面11上，同时通过多个顶杆4顶起待预热晶圆5，在待预热晶圆5、顶杆4和承载面11之间可形成一定的空间，使得冷气能够在空间内流动以带走中心区域的热量，平衡待预热晶圆5的中心区域和边缘区域的温度。
39.可选地，多个顶杆4沿加热板的周向均匀分布且设在承载面11的中心区域的外围，这样待预热晶圆5落在顶杆4上时，多个顶杆4对应沿待预热晶圆5的周向均匀分布以支撑待预热晶圆5，且多个顶杆4设在待预热晶圆5的中心区域的外围，也使得待预热晶圆5更加平衡稳定，而且冷气从出气孔2吹出时即从多个顶杆4的包围的中心位置吹出，多个顶杆4设在外围也能够更好地支撑待预热晶圆5，避免待预热晶圆5发生偏移。
40.在本实用新型的一些实施例中，半导体激光退火的预热装置30还包括控制装置，控制装置与晶圆支撑组件和气体输送单元3相连，以用于在晶圆支撑组件支撑待预热晶圆5在预设高度后，控制气体输送单元3向出气孔2输送冷气，这样，通过控制装置来控制晶圆支撑组件承载待预热晶圆5，具体地，机械手臂将待预热晶圆5传送至预热板1的上方，控制装置控制顶杆4向上升起到达一定高度，待预热晶圆5落在顶杆4上且位于承载面11的上方，控制装置同时控制气体输送单元3向待预热晶圆5的中心区域输送冷气来降低待预热晶圆5的中心区域的温度，并通过冷气将热量带向待预热晶圆5的边缘区域以平衡待预热晶圆5的温度，从而能够实现对顶杆4的升降运动与气体输送单元3的冷气输送的自动控制和配合，以能够进一步地使得待预热晶圆5整体受热均匀。
41.进一步地，对于冷气的输送时间，可在待预热晶圆5达到预定高度时或达到预定高度前，气体输送单元3开始输送冷气，需要说明的是，这里的预定高度可根据实际情况进行设置，例如可根据气体输送单元3的输送气体的速度、时间以及待预热晶圆5的尺寸进行设置。在一些具体示例中，在待预热晶圆5落在顶杆4上之前，气体输送单元3向出气孔2传输冷气，或可在待预热晶圆5落在顶杆4时达到预定高度向出气孔2输送冷气，或者在顶杆4下降至预定高度后向出气孔2输送冷气，具体可根据实际情况进行设定。
42.本实用新型还提出了一种半导体激光退火设备100。
43.如图1所示，根据本实用新型实施例的半导体激光退火设备100可以包括机台10、退火装置40、传输装置20和预热装置30，退火装置40、传输装置20和预热装置30设在机台10上，所述预热装置30为上述实施例的半导体激光退火的预热装置30，传输装置20用于将预热装置30预热后的待预热晶圆5传送至退火装置40，所述传输装置20可以为机械手臂，机械手臂拿取待预热晶圆5在退火装置40和预热装置30之间进行传输。
44.根据本实用新型实施例的半导体激光退火设备100，在待预热晶圆5传输至机台10的腔室内后，在待预热晶圆5进行半导体退火工艺之前，可将待预热晶圆5先置于预热装置30上进行预热，使得待预热晶圆5达到一定温度不透光后，通过传输装置20将待预热晶圆5传送至退火装置40上执行激光退火工艺，然后将下一片待预热晶圆5通过传输装置20传送至预热装置30，这样，当一片待预热晶圆5在退火装置40上执行退火工艺时，下一片待预热
晶圆5可放到预热装置30上进行预热，从而可以提高加热效率；而且预热装置30通过设置气体输送单元3能够均衡待预热晶圆5的边缘区域和中心区域的温度，使得待预热晶圆5整体受热均匀，还能够降低待预热晶圆5和承载面11之间的温度，防止待预热晶圆5温度产生急剧变化，从而能够防止待预热晶圆5发生翘曲，产生缺陷甚至碎片，进而能够提高半导体退火设备100的晶圆良率。
45.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。