本发明涉及半导体晶圆制造处理，尤其涉及一种半导体晶圆用快速退火设备及其使用方法。
背景技术：
1、晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆，对于半导体材料，尤其是半导体晶圆材料在制备过程中，常常涉及退火处理操作，通过退火处理过程，有效增加半导体晶圆材料的电学性能；
2、现有技术中授权公告号为cn209568173u的中国专利公开了一种半导体晶圆用快速退火设备，通过退火炉本体以及与退火炉本体配合的送料装置，退火炉本体向右依次设有第一挡板以及第二挡板，第一挡板以及第二挡板将退火炉本体自左向右依次阻隔为加热空腔、吹风空腔以及喷液空腔，送料装置包括底座、滑槽板以及放料板，加热空腔、吹风空腔以及喷液空腔的底部分别设有滑轨，吹风空腔的顶部设有吹风头，吹风头之间通过横管连通，横管连通有鼓风机，吹风空腔连通有排风管，喷液空腔的顶部设有多个喷液头，喷液头之间通过导管连通，所述导管连通有自动喷水器，通过上述装置实现高效进料以及退火；
3、其虽然可以解决退火处理效率和退火充分性的问题，但是在退火前的加热阶段采用热风加热，半导体晶圆的升温加热阶段耗时时间长，导致其整个退火处理过程的效率降低，而采用燃气炉配合炉壁热辐射的方法对半导体晶圆的升温加热时又会影响半导体晶圆的退火效率和退火充分性，且退火前的升温阶段只能对半导体晶圆的最外侧快速升温，半导体晶圆升温一致性差，会影响半导体晶圆后续的退火时机选择。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决现有技术中在实际使用时，半导体晶圆的升温加热阶段耗时时间长，导致其整个退火处理过程的效率降低，而采用燃气炉配合炉壁热辐射的方法对半导体晶圆的升温加热时又会影响半导体晶圆的退火效率和退火充分性，且退火前的升温阶段只能对半导体晶圆的最外侧侧快速升温，半导体晶圆升温一致性差，会影响半导体晶圆后续的退火时机选择的问题，而提出的一种半导体晶圆用快速退火设备及其使用方法。
2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
3、一种半导体晶圆用快速退火设备，包括：
4、退火炉单元，包含有炉底、炉芯体、炉盖和加热组件，所述炉底的顶部外周侧通过外固定沿固定连接圆炉体的底部，圆炉体的前侧中部开设有炉口，圆炉体的外侧安装有与炉口对应的炉口塞封单元，所述圆炉体的内侧套接有保温隔热套，保温隔热套的内侧套接有储热铁套，所述炉底的顶部中心通过内固定沿固定连接炉芯体底部，所述炉盖的底部固定连接圆炉体的顶部，所述炉盖的底部开设有弧形槽，且炉盖的顶部贯穿设置有与弧形槽对应的排烟口，所述储热铁套的底部内侧和炉芯体的底部外侧安装有加热组件；
5、晶圆转动均热单元，安装在炉底上侧，且晶圆转动均热单元上环形阵列安装有晶圆自转安装单元，所述晶圆自转安装单元的内侧连接晶圆动作切换单元；
6、晶圆快速退火单元，安装在加热组件上。
7、炉底通过外固定沿密封连接圆炉体的顶部，配合炉盖构成一个退火炉壳体，保温隔热套用于减少退火炉壳体内热量向外辐射热量，炉芯体采用铁质材料，配合储热铁套对热量进行继续，可以使退火炉内快速升温，加快退火前的加热效率，加热组件可以对退火炉内加热，同时热量会被储热铁套和炉芯体吸收暂储，提高退火炉内热辐射，加快半导体晶圆的升温效率，利于升温至需要温度后进行快速退火处理，晶圆自转安装单元可以快速安装半导体晶圆，同时让半导体晶圆可以翻转，晶圆转动均热单元可以带动半导体晶圆在退火炉内绕炉芯体转动，促进加热的均匀性，且晶圆转动均热单元转动时借助晶圆动作切换单元可以使半导体晶圆翻转，使半导体晶圆被均匀加热，提高加热效率，可以快速完成退火前的加热阶段，需要退火时可以通过晶圆快速退火单元快速遮挡加热组件以及储热铁套和炉芯体的热辐射，既可以对半导体快速加热升温至退火前所需的温度，降低整个退火过程所用的时间，提高退火处理过程的整体效率，又不会由于储热铁套和炉芯体的热辐射影响退火的速度和退火的充分性，且升温阶段可以对半导体晶圆进行均匀充分的加热升温，提高半导体升温时的均一性，方便半导体晶圆后续退火时机的选择。
8、优选的，所述加热组件包含有炉壁环、燃气点燃装置一、芯体环和燃气点燃装置二，所述储热铁套的底部内侧固定连接有炉壁环，炉壁环上环形阵列安装有燃气点燃装置一，所述炉芯体的底部外侧固定连接有芯体环，芯体环上环形阵列安装有燃气点燃装置二。
9、通过燃气点燃装置一和燃气点燃装置二可以使退火炉变成燃气炉，方便对储热铁套和炉芯体加热，使储热铁套和炉芯体向外辐射热能对半导体晶圆进行加热，可以解决燃气燃烧时向外辐射热能有限的问题。
10、优选的，所述晶圆快速退火单元包含有外固定挡温套、外转动挡温套、外扇形透温口、辐杆、内转动挡温套、内固定挡温套、内扇形透温口和退火动力组件，所述炉壁环的内侧固定连接外固定挡温套的底端外侧，所述外固定挡温套内侧转动连接有外转动挡温套，所述外固定挡温套和外转动挡温套上均环形阵列开设有外扇形透温口，外转动挡温套上对应炉口的外扇形透温口的宽度为其他外扇形透温口宽度的二倍，所述芯体环的外侧固定连接内固定挡温套的底部外侧，所述内固定挡温套的外侧转动连接有内转动挡温套，所述内固定挡温套和内转动挡温套上均环形阵列开设有内扇形透温口，外转动挡温套的顶部通过不少于两个的辐杆固定连接内转动挡温套顶部，且辐杆的顶部连接退火动力组件。
11、正常对半导体晶圆进行加热升温时，外固定挡温套和外转动挡温套上的外扇形透温口对应，内固定挡温套和内转动挡温套上的内扇形透温口对应，燃气燃烧的热量以及储热铁套和炉芯体向外热辐射的热量分别透过外扇形透温口和内扇形透温口对半导体晶圆加热，需要快速退火时，关闭燃烧燃气的燃气点燃装置一和燃气点燃装置二，同时退火动力组件通过辐杆带动外转动挡温套和内转动挡温套转动，使外固定挡温套和外转动挡温套上的外扇形透温口交错，且内固定挡温套和内转动挡温套上的内扇形透温口交错，此时也就快速遮挡住了储热铁套和炉芯体向外热辐射的热量，可以完成快速退火的过程，此时由于外转动挡温套上对应炉口的外扇形透温口的宽度为其他外扇形透温口宽度的二倍，外转动挡温套上对应炉口的外扇形透温口右侧仍与外固定挡温套上的外扇形透温口对应，可以透过炉口将晶圆转动均热单元上的半导体晶圆取出，也可以在此时往晶圆转动均热单元上放置半导体晶圆。
12、优选的，所述晶圆转动均热单元包含有安装环、下外齿圈、连接柱、转动环、外环和转动动力组件，所述炉底的上侧固定连接有与其同圆心的安装环，安装环的外侧转动连接有下外齿圈，下外齿圈的上侧通过环形阵列的连接柱固定连接转动环的底部，转动环的外侧环形阵列连接有外环，所述下外齿圈连接转动动力组件。
13、转动动力组件工作可以带动下外齿圈相对于安装环转动，外齿圈通过连接柱可以带动转动环和外环绕着炉芯体转动，从而促进对晶圆自转安装单元上半导体晶圆的均匀加热。
14、优选的，所述晶圆自转安装单元包含有支座、端轴、自转环、短柱和晶圆卡位组件，所述外环的上表面两侧对称设置有两个支座，所述自转环的顶部两侧分别固定连接有端轴，端轴沿着转动环的径向分布，且两个端轴分别通过轴承转动连接两个支座，所述自转环的上侧通过短柱连接晶圆卡位组件的顶部。
15、支座用于安装端轴，自转环通过端轴可以相对于外环转动，晶圆卡位组件用于卡接半导体晶圆，从而可以使半导体晶圆通过端轴相对于外环转动；
16、优选的，所述晶圆卡位组件包含有托环、限位沿、固定块和限位硅胶垫，所述自转环的上侧通过短柱固定连接托环的底部，所述托环的上侧边沿固定连接有限位沿，所述托环和限位沿远离转动环中心的一侧设置有取放缺口，所述限位沿的顶部两侧分别通过螺栓固定连接有固定块，固定块的下侧设置有限位硅胶垫。
17、托环用于承托半导体晶圆底部，限位沿对半导体晶圆的外周侧进行限位，固定块对限位硅胶垫固定，限位硅胶垫对半导体晶圆的上侧边沿进行限位卡接，使托环在翻转时半导体晶圆不会掉落，取放缺口可以使晶圆取放臂穿过延伸至半导体晶圆底部，方便采用晶圆取放臂电动进行半导体晶圆放置和转移。
18、优选的，所述晶圆卡位组件还包含有取样凹槽，所述托环的上表面远离取放缺口的一侧开设有取样凹槽。取样凹槽可以供晶圆取放臂末端伸入，方便稳定的取放半导体晶圆；
19、优选的，所述晶圆动作切换单元包含有联轴器、连接轴、传动齿轮、端面齿环、定位顶块、定位升降环和切换控制组件，靠近转动环中心的端轴通过联轴器固定连接连接轴的一端，连接轴的另一端固定连接有传动齿轮，所述炉底上侧安装有切换控制组件，切换控制组件上分别固定连接有与炉底同圆心的端面齿环和定位升降环，定位升降环的直径大于端面齿环的直径，定位升降环上环形阵列固定有与联轴器底部对应的定位顶块，所述端面齿环与传动齿轮啮合连接。
20、当切换控制组件带动定位升降环和定位顶块下降，带动端面齿环上升，可以使端面齿环与传动齿轮啮合，当转动环转动时，传动齿轮和端面齿环啮合作用可以带动联轴器和连接轴转动，此时可以通过端轴使外环翻转，可以带动半导体晶圆翻转，利于对半导体晶圆进行全面的加热；
21、当切换控制组件定位升降环和定位顶块升起，带动端面齿环下降，此时端面齿环与传动齿轮脱离接触，定位顶块抵住联轴器的底部，可以使自转环不能再翻转，保持托环正面朝上，此时利于在晶圆卡位组件上取放半导体晶圆；
22、当切换控制组件控制定位顶块和端面齿环等高，此时端面齿环与传动齿轮不啮合，且定位顶块与联轴器的底部也不接触，此时自转环和托环可以自己保持正面朝向的稳定状态。
23、优选的，所述切换控制组件包含有限位套、升降控制柱、活动座、切换连杆、活动轴、切换盘、切换电机、电机座二，炉底上镶嵌有两个相互靠近的限位套，两个限位套内分别竖向滑动连接有两个升降控制柱，其中一个升降控制柱的顶部固定连接端面齿环，另一个升降控制柱的顶部固定连接定位升降环，两个升降控制柱的底端分别固定连接有活动座，两个活动座分别通过短柱活动连接两个切换连杆的顶部，两个切换连杆的底端分别通过活动轴活动连接切换盘的前侧左右两端，切换盘的中部固定连接切换电机的输出轴，切换电机通过电机座二固定在炉底的底部。
24、当定位顶块和端面齿环等高时，切换电机转动使两个活动轴在同一水平面，当需要定位升降环和定位顶块升起且端面齿环下降，切换电机带动切换盘顺时针转动，此时左侧的升降控制柱被左侧的切换连杆推动升起，右侧的升降控制柱被右侧的切换连杆下拉下降，当需要定位升降环和定位顶块下降且端面齿环升起，切换电机带动切换盘逆时针转动即可。
25、优选的，一种半导体晶圆用快速退火设备的使用方法，具体包括以下步骤：
26、s1：通过炉口塞封单元打开炉口，退火动力组件工作带动辐杆、外转动挡温套和内转动挡温套转动，使外固定挡温套和外转动挡温套上的外扇形透温口对应，且内转动挡温套和内固定挡温套上的内扇形透温口对应；
27、s2：通过转动动力组件带动转动环转动，使晶圆自转安装单元对应炉口，通过晶圆动作切换单元中的切换控制组件工作，使定位顶块抵住联轴器，使自转环不能转动，然后在晶圆卡位组件上卡接半导体晶圆，接着切换控制组件工作使定位顶块脱离联轴器，转动动力组件带动转动环再次转动，重复以上步骤直到所有自转环上的晶圆卡位组件卡接有半导体晶圆，然后通过炉口塞封单元关闭炉口；
28、s3：加热组件中的燃气点燃装置一和燃气点燃装置二工作，对半导体晶圆进行加热升温，储热铁套和炉芯体蓄热后也向外进行热辐射，对半导体晶圆持续加热；
29、s4： 切换控制组件工作，使定位顶块脱离联轴器，且带动端面齿环上升，端面齿环与传动齿轮啮合，转动动力组件带动转动环转动，使半导体晶圆在退火炉单元内做环形运动，且由于端面齿环与传动齿轮的啮合，半导体晶圆也通过托环以端轴为轴心转动，对半导体晶圆进行全面升温加热；
30、s5：需要对快速退火时，停止燃气点燃装置一和燃气点燃装置二的工作，退火动力组件工作带动辐杆、外转动挡温套和内转动挡温套转动，使外固定挡温套和外转动挡温套上的外扇形透温口交错，且内转动挡温套和内固定挡温套上的内扇形透温口交错，挡住储热铁套和炉芯体向外的热辐射，完成快速退火。
31、与现有技术相比，本发明提供了一种半导体晶圆用快速退火设备及其使用方法，具备以下有益效果：
32、1、该半导体晶圆用快速退火设备，炉底通过外固定沿密封连接圆炉体的顶部，配合炉盖构成一个退火炉壳体，保温隔热套用于减少退火炉壳体内热量向外辐射热量，炉芯体采用铁质材料，配合储热铁套对热量进行继续，可以使退火炉内快速升温，加快退火前的加热效率，加热组件可以对退火炉内加热，同时热量会被储热铁套和炉芯体吸收暂储，提高退火炉内热辐射，加快半导体晶圆的升温效率，利于升温至需要温度后进行快速退火处理；
33、2、该半导体晶圆用快速退火设备，晶圆自转安装单元能够快速安装半导体晶圆，同时让半导体晶圆能够翻转，晶圆转动均热单元能够带动半导体晶圆在退火炉内绕炉芯体转动，促进加热的均匀性，且晶圆转动均热单元转动时借助晶圆动作切换单元能够使半导体晶圆翻转，使半导体晶圆被均匀加热，提高加热效率，能够快速完成退火前的加热阶段；
34、3、该半导体晶圆用快速退火设备，需要退火时可以通过晶圆快速退火单元快速遮挡加热组件以及储热铁套和炉芯体的热辐射，既可以对半导体快速加热升温至退火前所需的温度，降低整个退火过程所用的时间，提高退火处理过程的整体效率，又不会由于储热铁套和炉芯体的热辐射影响退火的速度和退火的充分性，且升温阶段可以对半导体晶圆进行均匀充分的加热升温，提高半导体升温时的均一性，方便半导体晶圆后续退火时机的选择。
35、本发明既可以快速完成退火前的升温加热阶段，又可以使半导体晶圆均匀受热，且可以快速完成退火，退火整个流程的效率高，退火充分。