专利名称：一种退火装置和方法
技术领域：
本发明是一种用于半导体行业中，如外延片、GaN衬底应力释放等需要退火过程控 制的领域，尤适涉及用于目前在氢化物气相外延(HVPE)系统中精确控制衬底降温速率和退 火工艺相结合，需要准确控制平台来保证工业量产工艺稳定性、或者需要实时记录数据来 作为科研资料的场合中。
背景技术：
在GaN衬底生长技术中，氢化物气相外延(HVPE)以其高生长速率(可以达到 800 μ m/h以上)、低成本、可大面积生长和均勻性好等优点，成为GaN衬底获得突破的首选， 目前绝大多数研究工作都集中于此。HVPE生长GaN衬底，通常是在蓝宝石或砷化镓等衬底 上外延0. 5^1mm的厚膜，然后再以激光剥离、研磨或蚀刻等方式将衬底移除，最后将获得的 GaN抛光形成自支撑GaN衬底。然而，由于存在在异质外延过程中，GaN外延厚膜与所用衬底 间的晶格失配和热失配，造成了外延膜碎裂、翘曲等，这些问题导致了成品率低，是目前GaN 衬底价格昂贵的主要原因。由于蓝宝石和GaN的晶格和热失配比较大，在降温过程中会形成应力和应变，这 种热应力会使得GaN在降温过程碎裂。如何解决GaN外延厚膜与所用衬底间的晶格失配和 热失配？这可以通过降温退火释放应力等方法来减缓此问题。例如降温速率不超过10°C/ 分钟、降温至650°C 750°C之间时，在该温度区间维持1(Γ30分钟、在750°C 600°C来回振 动降温退火等不同方法来达到目的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种控制控制衬底降温速率和退火工 艺相结合的装置和方法，本发明设计出一个自动检测、退火控制菜单调用简单、实时存储数 据、精确控制和稳定降温退火工艺相结合的装置模块及其方法。为达上述目的，本发明的一种退火方法，采用以下的技术方案
一种退火方法，涉及用于目前在氢化物气相外延系统中精确控制衬底降温速率和退火 工艺的结合，所述方法包括如下步骤
①、根据生产数据，编写退火控制菜单表格，把温度设为定量，退火控制菜单表格中有 列出Stphdx为指引步数，表示执行的总步数和指引当时执行的步数；列出Temperature为 温度，表示需要退火衬底降温过程中达到的此温度而作出动作的示数；列出Position为位 置，表示升降平台在同一 Stphdx指引步数的温度下需要移动到的位置；列出WaiTim为等 待时间，表示在同一 Stphdx指引步数下位置时，停止不动等待的时间距秒数；
②、通过温度传感器采集到的数据实时传送温度信号给工控机；
③、根据当前温度寻找退火控制菜单中的Tx最近值后，升降/退离伺服电机通过伺服 电机控制器来传送实时位置信号给工控机，位置移动到所Tx所在的Stphdx指引步下的Px 位置，接着进入必须的等待的时间秒数(如果等待时间秒数设置为零，则按降温速率降温)，
3当必须等待的时间秒数完后，进入Trt温度判断，如果高于Tx+1，那会继续等待，直到温度降 下；如果低于τχ+1程序会执行移动到Prt ；
④、工控机运算发出如何动作信号给伺服电机控制器，根据当时温度，自动判断，伺服 电机控制器通过升降控制线控制升降/退离伺服电机，作出移动动作，进而控制升降平台 到达相应的位置。本发明的一种退火装置，采用以下的技术方案
一种退火装置，包含有工作平台，工作平台上设有升降平台，升降平台一端工作区设有 温度传感器，温度传感器获得的温度信号传输到工控机，升降平台另一端连接伺服电机，伺 服电机通过电机升降控制线连接伺服电机控制器，伺服电机控制器连接工控机并获取它们 之间的实时位置信号、如何动作信号。温度一直是GaN材料生长的一项重要参数。根据每一炉GaN衬底材料当时实际温 度来降温退火能保证每一片的工艺。而目前HVPE退火工艺中不能实时根据每一炉GaN衬 底的温度而制定退火程序。本发明适用在需进行应力释放退火的卧式或者垂直式设备中， 采用振荡式退火、勻速运动退火、下降一段距离并降温速率控制与等待一段时间退火方式 在均在本专利范围内。
图1所示为本发明实施例垂直式降温退火平台安装的结构示意图。图2所示为本发明实施例卧式降温退火平台安装的结构示意图。图3所示为本发明实施例的信号传递示意图。图4所示为本发明实施例执行退火控制菜单程序的流程图。图5所示为本发明实施例的振荡降温退火温度曲线图。图中相关结构主要包括以下零部件(或装置):温度信号1、实时位置信号2、如何动 作信号3、电机升降控制线4、升降平台5。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发 明的优点与精神，藉由以下结合附图与具体实施方式
对本发明的详述得到进一步的了解。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
硬件部分包含有工作平台，工作平台上设有升降平台5，升降平台5 —端工作区设有 温度传感器，温度传感器获得的温度信号1传输到工控机，升降平台5另一端连接伺服电 机，伺服电机通过电机升降控制线4连接伺服电机控制器，伺服电机控制器连接工控机并 传递它们之间的实时位置信号2、如何动作信号3。1)、通过温度传感器采集到的数据实时传送温度信号1给工控机；
2)、升降/退离伺服电机通过伺服电机控制器来传送实时位置信号2给工控机；
3)、工控机运算发出如何动作信号3给伺服电机控制器，伺服电机控制器通过升降控 制线4控制升降/退离伺服电机，进而控制升降平台5的运动。控制部分根据收到的实时温度，依据工艺工程师根据工艺编写好的退火控制菜 单。软件会根据当时温度，自动判断，作出移动动作，到达相应的位置。
无论生长还是降温退火，温度一直是GaN的一项重要参数。根据每一片GaN衬底 当时实际温度来降温退火能保证每一片的工艺。工艺工程师根据实际生产工艺需要，编写如下Excel表格作为退火控制菜单 表格一退火控制菜单示意表格
权利要求
1.一种退火方法，涉及用于目前在氢化物气相外延系统中精确控制衬底降温速率和 退火工艺的结合，其特征在于，所述方法包括如下步骤①、根据生产数据，编写退火控制菜单表格，把温度设为定量，退火控制菜单表格中有 列出MpIndx为指引步数，表示执行的总步数和指引当时执行的步数；列出Temperature为 温度，表示需要退火衬底降温过程中达到的此温度而作出动作的示数；列出Position为位 置，表示升降平台在同一 Stphdx指引步数的温度下需要移动到的位置；列出WaiTim为等 待时间，表示在同一 Stphdx指引步数下位置时，停止不动等待的时间距秒数；②、通过温度传感器采集到的数据实时传送温度信号(1)给工控机；③、根据当前温度寻找退火控制菜单中的Tx最近值后，升降/退离伺服电机通过伺服 电机控制器来传送实时位置信号(2)给工控机，位置移动到所Tx所在的Stphdx指引步下 的Px位置，接着进入必须的等待的时间秒数，当必须等待的时间秒数完后，进入Tx+1温度判 断，如果高于Τχ+1，那会继续等待，直到温度降下；如果低于Trt程序会执行移动到Ρχ+1 ；④、工控机运算发出如何动作信号(3)给伺服电机控制器，根据当时温度，自动判断，伺 服电机控制器通过升降控制线(4)控制升降/退离伺服电机，作出移动动作，进而控制升降 平台(5)到达相应的位置。
2.根据权利要求1所述的一种退火方法，其特征在于所述退火控制菜单表格式如下
3. —种退火装置，包含有工作平台，其特征在于所述工作平台上设有升降平台(5)， 所述升降平台(5)—端工作区设有温度传感器，所述温度传感器获得的温度信号(1)传输 到工控机，所述升降平台(5)另一端连接伺服电机，所述伺服电机通过电机升降控制线(4) 连接伺服电机控制器，所述伺服电机控制器连接工控机并传送它们之间的循环的实时位置 信号(2)、如何动作信号(3)。
全文摘要
本发明涉及一种能依据降温速率、停留时间、移动速度等进行退火控制的装置和方法，特别解决了目前不能根据GaN衬底温度为依据的自动控制的问题，由此可以把温度作定量，而对不同片厚度的GaN作退火工艺研究及其稳定退火工艺。本发明采用闭环控制，实现了自动判断、降温方式可调、退火控制菜单可编和实时存储数据功能。本发明用于半导体行业中的退火工艺的自动化控制，操作提示、形象化显示、暂停取消和显示当时运行状态等功能均具备。可以根据不同的需要而制定专用程序。
文档编号C30B33/02GK102094248SQ20101061801
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者刘鹏, 孙永健, 张国义, 李 燮, 袁志鹏, 赵红军, 陆羽 申请人:东莞市中镓半导体科技有限公司