快速热处理装置及方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种快速热处理装置及方法。

背景技术：

提拉法生长的硅晶棒在冷却过程中，会在晶体内部形成热施主(thermaldonor)缺陷，热施主缺陷会影响硅片电阻和体金属量测结果。thermaldonor是一种siox的复杂析出物，其形成温度为400℃～600℃，一般去除硅片内的thermaldonor是在750℃退火几十秒，然后快速降温。此时，快速热处理(rtp：rapidthermalprocess)成为半导体行业中消除热施主缺陷不可或缺的一项工艺。

现有的快速热处理装置(rtpfurnace)在对晶圆进行退火及冷却的过程中是通过手动传送晶圆，晶圆容易受到污染；并且，晶圆在经过退火后，降温速度不够迅速，在400～600℃停留时间大约有24s(秒)，在冷却过程中晶圆内部会重新形成thermaldonor。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种快速热处理装置及方法，用于解决现有快速热处理装置存在的容易对晶圆造成污染及在冷却过程中容易重新形成thermaldonor的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种快速热处理装置，所述快速热处理装置包括：

退火装置，所述退火装置包括退火室及加热装置，所述加热装置位于所述退火室内部或外围，用于为所述退火室内部进行加热，以对晶圆进行退火处理；

冷却装置，位于所述退火室一侧；所述冷却装置包括冷却室及冷却系统，所述冷却系统位于所述冷却室外围，用于为所述冷却室内部进行快速降温，以将退火处理后的所述晶圆进行快速冷却；

阻挡块，位于所述退火室与所述冷却室之间，所述阻挡块内形成有通孔，所述通孔将所述冷却室内部与所述退火室内部相连通；

支撑垫，用于放置所述晶圆，所述支撑垫沿垂直于所述通孔方向的尺寸小于或等于所述退火室沿垂直于所述通孔方向的尺寸；

第一挡板，位于所述冷却室内，且固定于所述支撑垫远离所述退火室的一端；所述第一挡板在所述通孔所在平面的投影完全覆盖所述通孔；

第二挡板，位于所述退火室内，且固定于所述支撑垫远离所述冷却室的一端；所述第二挡板在所述通孔所在平面的投影完全覆盖所述通孔；

非接触式测温装置，位于所述第一挡板上，用于实时侦测所述晶圆的温度；

驱动装置，位于所述支撑垫的下方，且与所述第一挡板、所述第二挡板及所述支撑垫三者中的至少一者相连接，用于驱动所述支撑垫在所述冷却室及所述退火室之间运动，以将所述晶圆传送至所述退火室内进行退火处理，及将退火处理后的所述晶圆传送至所述冷却室内进行快速冷却。

优选地，所述加热装置包括卤素灯，所述卤素灯位于所述退火室内。

优选地，所述加热装置包括电阻丝，所述电阻丝绕置于所述退火室的外壁上。

优选地，所述冷却系统包括冷却水管路，所述冷却水管路绕置于所述冷却室的外壁上。

优选地，所述第一挡板及所述第二挡板均与所述支撑垫的表面相垂直。

优选地，所述第一挡板及所述第二挡板均包括石英挡板。

优选地，所述非接触式测温装置包括红外测温装置。

优选地，所述驱动装置包括丝杠，所述冷却室远离所述退火室的一侧设有安装通孔，所述丝杠一端经由所述安装通孔延伸至所述冷却室远离所述退火室的一侧。

优选地，所述驱动装置还包括波纹管，所述波纹管套置于所述丝杠的外围，且位于所述冷却室远离所述退火室的一侧，用于密封所述安装通孔。

优选地，所述丝杠的材料包括氧化铝。

本发明还提供一种快速热处理方法，所述快速热处理方法包括如下步骤：

1)提供如上述任一方案中所述的快速热处理装置，使得所述支撑垫位于所述冷却室内；

2)将晶圆传送至所述支撑垫上，所述晶圆内形成有热施主缺陷；

3)通过所述驱动装置将表面放置有所述晶圆的所述支撑垫传送至所述退火室内；

4)对所述晶圆进行退火处理，以去除所述晶圆内的热施主缺陷；

5)通过所述驱动装置将表面放置有退火处理后的所述晶圆所述支撑垫传送回所述冷却室内，以对所述晶圆进行快速冷却。

优选地，步骤4)中，退火处理温度大于600℃，退火时间为10s～100s。

优选地，步骤5)中，将退火处理后的所述晶圆自退火温度冷却至室温的时间小于20s。如上所述，本发明的快速热处理装置及方法，具有以下有益效果：本发明的快速热处理装置中退火室与冷却室之间可以由位于所述支撑垫一端的所述第一挡板或第二挡板相隔离；采用非接触式测温装置对晶圆的温度进行侦测可以有效避免对晶圆造成污染；采用驱动装置驱动驱动支撑垫带动晶圆在退火室与冷却室之间传送，有效避免了对晶圆的污染；冷却室采用水冷，可以在退火后快速将晶圆降至室温，有效避免thermaldonor的再次产生。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的快速热处理装置的结构示意图。

图2至图5显示为本发明实施例一中提供的快速热处理装置在处理过程中不同步骤对应的结构示意图；其中，图2为支撑垫位于冷却室，且支撑垫上未放置晶圆的结构示意图，图3为晶圆放置于支撑垫之后的结构示意图，图4为晶圆被支撑垫传送至退火室进行退火处理的结构示意图，图5为退火处理后晶圆被支撑垫传送回冷却室快速冷却的结构示意图。

图6显示为本发明实施例二中提供的快速热处理方法的流程图。

元件标号说明

10退火装置

101退火室

102加热装置

11冷却装置

111冷却室

112冷却水管路

12阻挡块

121通孔

13支撑垫

14第一挡板

15第二挡板

16非接触式测温装置

17驱动装置

18安装通孔

19波纹管

20晶圆

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合载体1说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一

请参阅图1，本实施例提供一种快速热处理装置，所述快速热处理装置包括：退火装置10，所述退火装置10包括退火室101及加热装置102，所述加热装置102位于所述退火室101内部或外围，用于为所述退火室101内部进行加热，以对晶圆20进行退火处理；冷却装置11，所述冷却装置11位于所述退火室101一侧；所述冷却装置11包括冷却室111及冷却系统，所述冷却系统位于所述冷却室111外围，用于为所述冷却室111内部进行快速降温，以将退火处理后的所述晶圆20进行快速冷却；阻挡块12，所述阻挡块12位于所述退火室101与所述冷却室111之间，所述阻挡块12内形成有通孔121，所述通孔121将所述冷却室111内部与所述退火室101内部相连通；支撑垫13，所述支撑垫13用于放置所述晶圆20，所述支撑垫13沿垂直于所述通孔121方向的尺寸小于或等于所述退火室101沿垂直于所述通孔121方向的尺寸；第一挡板14，所述第一挡板14位于所述冷却室111内，且固定于所述支撑垫13远离所述退火室101的一端；所述第一挡板14在所述通孔121所在平面的投影完全覆盖所述通孔121；第二挡板15，所述第二挡板15位于所述退火室101内，且固定于所述支撑垫13远离所述冷却室111的一端；所述第二挡板15在所述通孔121所在平面的投影完全覆盖所述通孔121；非接触式测温装置16，所述非接触式测温装置16位于所述第一挡板1420上，用于实时侦测所述晶圆的温度；驱动装置17，所述驱动装置17位于所述支撑垫13的下方，且与所述第一挡板14、所述第二挡板15及所述支撑垫13三者中的至少一者相连接，用于驱动所述支撑垫13在所述冷却室111及所述退火室101之间运动，以将所述晶圆20传送至所述退火室101内进行退火处理，及将退火处理后的所述晶圆20传送至所述冷却室111内进行快速冷却。

作为示例，所述加热装置102可以为卤素灯，所述卤素灯位于所述退火室101内，在本示例中，通过所述卤素灯对所述退火室101进行加热以对所述晶圆20进行退火。当然，在其他示例中，所述加热装置102还可以电阻丝，所述电阻丝绕置于所述退火室101的外壁上。需要说明的是，所述加热装置102对所述晶圆20进行退火处理的温度应大于600℃，优选地，本实施例中，所述加热装置102对所述晶圆20进行退火处理的温度为750℃。

作为示例，所述冷却系统可以为冷却水管路112，所述冷却水管路112绕置于所述冷却室111的外壁上；通过向所述冷却水管路112内通入冷却水可以实现对所述冷却室111内进行快速降温的目的。具体的，所述冷却室111外壁上绕置的所述冷却水管路112的匝数可以根据实际需要进行设定。由于所述冷却水管路112的匝数越多冷却速率越快，在本实施例中，所述冷却室111外壁上绕置的所述冷却水管路112的匝数越多越好。需要说明的是，所述冷却管路112对所述晶圆20进行降温的速率应非常快，优选地，本实施例中，将所述晶圆20从600℃降至400℃的时间应控制在10秒之内。

需要说明的是，所述通孔121的尺寸要满足一定的要求，要确保所述支撑垫13及位于所述支撑垫13上的所述晶圆20可以顺利地在所述退火室101及所述冷却室111之间传送。

作为示例，所述晶圆20可以为但不仅限于硅晶圆，所述支撑垫13的材料可以为但不仅限于石英。

作为示例，所述第一挡板14及所述第二挡板15可以与所述支撑垫13的表面相垂直，也可以与所述支撑垫13的表面斜交一定的角度，优选地，本实施例中，所述第一挡板14及所述第二挡板15均与所述支撑垫13的表面相垂直。具体的，所述第一挡板14的底部及所述第二挡板15的底部可以与所述支撑垫13的底部相平齐，也可以低于所述支撑垫13的底部，优选地，本实施例中，所述第一挡板14的底部及所述第二挡板15的底部低于所述支撑垫13的底部。

作为示例，所述第一挡板14及所述第二挡板15均可以为但不仅限于石英挡板。所述支撑垫13、所述第一挡板14及所述第二挡板15的材料均选用石英，可以避免对所述晶圆20造成外来污染。

作为示例，所述非接触式测温装置16可以为但不仅限于红外测温装置。当然，在其他示例中，所述非接触式测温装置16还可以为除了红外测温装置之外的任意一种可以采用非接触式对所述晶圆20表面进行温度测量的装置。采用所述非接触式测温装置16对所述晶圆20的表面进行温度侦测，由于不与所述晶圆20的表面相接触，相较于现有技术中采用热电偶作为测温装置可以降低对所述晶圆20表面造成污染。

作为示例，所述驱动装置17可以为但不仅限于丝杠，所述冷却室111远离所述退火室101的一侧设有安装通孔18，所述丝杠一端经由所述安装通孔18延伸至所述冷却室111远离所述退火室101的一侧。通过旋转所述丝杠可以实现将所述支撑垫13带着所述晶圆20传送至所述退火室101内进行退火处理，并在退火处理之后将所述支撑垫13带着所述处理后的所述晶圆20传送回所述冷却室111内进行快速冷却。

作为示例，所述驱动装置17还包括波纹管19，所述波纹管19套置于所述丝杠的外围，且位于所述冷却室111远离所述退火室101的一侧，用于密封所述安装通孔18。

作为示例，所述丝杠的材料可以为但不仅限于氧化铝。

本发明的所述快速热处理装置的工作原理为：首先，当所述快速热处理装置处于闲置(idle)状态时，所述支撑垫13位于所述冷却室111内，此时，位于所述退火室101内的所述第二挡板15正好帖置于所述通孔121靠近所述退火室101的一侧，由于所述第二挡板15在所述通孔121所在平面内的投影完全覆盖所述通孔121，此时，所述第二挡板15可以完全覆盖所述通孔121，以将所述冷却室111与所述退火室101相隔离，如图2所示；其次，在需要对所述晶圆20进行处理时，所述晶圆20可以经由一机械手臂传送至所述支撑垫13上，如图3所示；然后，调整所述丝杠使得所述支撑垫13带动所述晶圆20向所述退火室101移动，直至所述第一挡板14贴置于所述通孔121靠近所述冷却室111的一侧，同样，由于所述第一挡板14在所述通孔121所在平面内的投影完全覆盖所述通孔121，此时，所述第一挡板14完全覆盖所述通孔121，以将所述冷却室111与所述退火室101相隔离，此时，所述晶圆20在所述退火室101内进行退火处理，如图4所示；最后，在对所述晶圆20退火处理完毕后，通过调整所述丝杠使得所述支撑垫13带动所述晶圆20退回至所述冷却室111内，以对所述晶圆20进行快速冷却，此时，所述第二挡板15可以完全覆盖所述通孔121，以将所述冷却室111与所述退火室101相隔离，如图5所示。

实施例二

请结合实施例一及图1至图5参阅图6，本实施例提供一种快速热处理方法，所述快速热处理方法包括如下步骤：

1)提供如上述任一方案中所述的快速热处理装置，使得所述支撑垫位于所述冷却室内；

2)将晶圆传送至所述支撑垫上，所述晶圆内形成有热施主缺陷；

3)通过所述驱动装置将表面放置有所述晶圆的所述支撑垫传送至所述退火室内；

4)对所述晶圆进行退火处理，以去除所述晶圆内的热施主缺陷；

5)通过所述驱动装置将表面放置有退火处理后的所述晶圆所述支撑垫传送回所述冷却室内，以对所述晶圆进行快速冷却。

作为示例，步骤4)中，退火处理温度大于600℃，退火时间为10s～100s。优选地，本实施例中，退火处理温度为750℃，退火时间为20s～60s。

作为示例，步骤5)中，将退火处理后的所述晶圆20自退火温度冷却至室温的时间小于20s，优选地，本实施例中，将所述晶圆20从600℃降至400℃的时间应控制在10秒之内。

综上所述，本发明提供一种快速热处理装置及方法，所述快速热处理装置包括：退火装置，所述退火装置包括退火室及加热装置，所述加热装置位于所述退火室内部或外围，用于为所述退火室内部进行加热，以对晶圆进行退火处理；冷却装置，位于所述退火室一侧；所述冷却装置包括冷却室及冷却系统，所述冷却系统位于所述冷却室外围，用于为所述冷却室内部进行快速降温，以将退火处理后的所述晶圆进行快速冷却；阻挡块，位于所述退火室与所述冷却室之间，所述阻挡块内形成有通孔，所述通孔将所述冷却室内部与所述退火室内部相连通；支撑垫，用于放置所述晶圆，所述支撑垫沿垂直于所述通孔方向的尺寸小于或等于所述退火室沿垂直于所述通孔方向的尺寸；第一挡板，位于所述冷却室内，且固定于所述支撑垫远离所述退火室的一端；所述第一挡板在所述通孔所在平面的投影完全覆盖所述通孔；第二挡板，位于所述退火室内，且固定于所述支撑垫远离所述冷却室的一端；所述第二挡板在所述通孔所在平面的投影完全覆盖所述通孔；非接触式测温装置，位于所述第一挡板上，用于实时侦测所述晶圆的温度；驱动装置，位于所述支撑垫的下方，且与所述第一挡板、所述第二挡板及所述支撑垫三者中的至少一者相连接，用于驱动所述支撑垫在所述冷却室及所述退火室之间运动，以将所述晶圆传送至所述退火室内进行退火处理，及将退火处理后的所述晶圆传送至所述冷却室内进行快速冷却。本发明的快速热处理装置中退火室与冷却室之间可以由位于所述支撑垫一端的所述第一挡板或第二挡板相隔离；采用非接触式测温装置对晶圆的温度进行侦测可以有效避免对晶圆造成污染；采用驱动装置驱动驱动支撑垫带动晶圆在退火室与冷却室之间传送，有效避免了对晶圆的污染；冷却室采用水冷，可以在退火后快速将晶圆降至室温，有效避免thermaldonor的再次产生。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。