专利名称：晶棒表面之调质设备的制作方法
技术领域：
一种调质设备，尤指一种针对晶棒表面进行改质的调质设备。
二背景技术：
晶棒在机械加工的过程中会由于所受到的机械切削力量，进而产生晶棒表面的损伤层，而损伤层对于单晶棒或多晶棒而言属于排列较为混乱而无秩序的部分；同样地，晶圆在钻石轮磨的过程中会由于切削力及热冲击，进而产生晶圆内之残留应力，而残留应力会造成晶圆表面凸起或凹下等现象；这种现象将增加后续加工过程的困难，如在后续加工时会因残留应力过大而造成硅晶圆表面 破裂，或因表面凸起或凹下导致加工后平坦度变差。退火是治金材料制程中常见之一种制程技术，其主要目的是消除材料(尤其是金属材料)中因缺陷而累积之内应力。退火使用的方法则是将欲进行退火之材料置于适当高温下一段时间，利用热能使材料内原子有能力进行晶格位置的重排，以降低材料内的缺陷密度，包括晶粒界面、差排及各种点缺陷。一种所熟知的技术称做快速热退火制程(RTP)，其于加工期间大量地减少了半导体组件暴露在高温下的时间。传统的快速热加工技术可包括以足够的能量照射晶圆，用以快速地升高晶圆的温度并维持在该温度一段足够长的时间使能顺利地完成制程。但以现有技术而言，目前的退火炉均是针对薄片状的晶圆所设计，由于热量的传递对于晶圆与晶棒而言是不同影响，例如热量对薄片状晶圆与柱状晶棒所造成的变形现象就有相当大的差异，也就是说，在现有的退火炉无法适用于晶棒之退火处理的情况下，创作人提出一种可有效针对晶棒(或非薄板状之加工件)进行退火处理的装置。
三、发明内容本创作之目的之一，在于提供一种调质设备，其可利用热退火的方式消除晶棒表面之损伤层。本创作实施例提供一种晶棒表面之调质设备，系包含一盖体，其中具有一用于容置一晶棒之腔体；一设置于该盖体之外部之加热单元，其中该盖体至少具有一部分的透明区域，使该加热单元的热辐射透过该透明区域而对该晶棒进行加热；一保护气体输送单元，其连通于该腔体以注入保护气体于该腔体中；以及一对应于该加热单元之冷却单元。本发明具有以下有益的效果本发明主要利用热退火方法将晶棒之至少一表面进行表面改质/调质，已消除晶棒之表面上因加工所残留的损伤层，藉以达到晶棒的有序化。为使能更进一步了解本发明之特征及技术内容，请参阅以下有关本发明之详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
四
图I系为本创作之调质设备的立体示意图。图2系为本创作之调质设备的盖体罩盖于晶棒之示意图。[0011]图3系为本创作之调质设备的剖面示意图。主要组 件符号说明I :调质设备11 :盖体110:腔体111 :侧面112:顶面113:进气口114:出气口IlA :开口部12:加热单元121 :金属板件13 :保护气体输送单元14 :冷却单元15 :控制单元151 :传感器16:晶棒支撑座I :晶棒
五具体实施方式
本创作主要提供一种晶棒表面之调质设备，其可利用热量辐射传导的方式针对晶棒的至少一表面，尤其是在后续制程中涂布有连接层之表面进行改质的作业。另外，本创作之晶棒表面之调质设备可降低晶棒中的热量传导对于晶棒内热应力集中/热变形的现象。值得说明的是，本创作所定义之「晶棒」可广泛地解释，并不特指某一制程所制作者，例如利用将原料多晶娃铸造形成之晶锭(Ingot),或者是将晶碇切方(squaring)、切割以形成近似四方柱形之块状晶棒，更或者是切方所得后进行抛光所得之加工后之晶棒均可适用于本创作，且本创作亦不限制单晶棒、多晶棒的保护范畴；而本创作之「晶棒」乃为一种具有一定厚度的块材材料，更具体的说，工件厚度大于I公厘之块材即可适用于本创作之调质设备。请参考图I、图3,其显不本创作之晶棒表面之调质设备I的不意图，晶棒表面之调质设备I包括盖体U、加热单元12、保护气体输送单元13及冷却单元14 ;其中盖体11之中界定出一用于容置晶棒I之腔体110，而盖体11至少具有一部分的透明区域，使位于盖体11外侧之加热单元12的热辐射可透过该透明区域而对晶棒I进行加热，以达到调质的效果。如图2所示，盖体11可为一种全透明的罩盖结构，其大致具有四个侧面111及一个连接所述之四个侧面111的顶面112，换言之，盖体11可利用侧面111与顶面112界定出前述之腔体110，但侧面111的数量不以此为限，例如盖体11可具有一个顶面112及一个侧面111 (如空心圆柱状之盖体11)或是具有一个顶面112及三个侧面111 (如空心三角柱状之盖体11)等各种型态；且盖体11更具有一个连通腔体Iio的开口部11A，据此，使用者可透过开口部IlA将晶棒I置入前述之腔体110内，以进行退火制程，腔体110系用以提供进行快速退火处理所需的密死循环境，且其更可利用外部抽真空装置(图未示)以维持适当的真空度。而在一具体实施例中，盖体11可由耐高温玻璃所制成，例如石英等。再者，当晶棒I置入前述之腔体110内时，加热单元12之热辐射可透过盖体11之侧面111或顶面112针对晶棒I进行退火处理；而在本具体实施例中，加热单元12系包括多个金属板件121及多个固定于该些金属板件121上之快速加热组件122，金属板件121所组成之尺寸、外型大致对应于盖体11，而快速加热组件122则例如为红外线加热管，其系安装固定于金属板件121，以发出热量(如红外光)针对晶棒I进行快速热退火处理，而如图3所示，加热单元12系设置于顶面112上，使红外线加热管所发出之热辐射透过透明之顶面112而针对晶棒I的上表面进行快速热退火处理。另一方面，保护气体输送单元13系连通于腔体110以注入保护气体于腔体110中，进而避免在快速热退火处理中在晶棒I的表面上生成副产物 ，或避免不需要的掺杂物扩散等问题在高的加工温度下发生。具体而言，保护气体输送单元13可包括气体源及管路等，而盖体11上则具有进气口 113与出气口 114，保护气体输送单元13之管路系连接于进气口 113与出气口 114，使气体源可将保护性气体，如氮气等灌注于腔体110中。再者，冷却单元14系对应地邻近设置于加热单元12，具体而言，冷却单元14利用管路连接于加热单元12之金属板件121，并将冷却媒介，如冷却水等经过管路针对加热单元12进行冷却。而在本具体实施例中，加热单元12仅需针对晶棒I的上表面进行快速热退火处理，而冷却单元14即可针对晶棒I的侧面进行控温的效果，以降低加热单元12对晶棒I的侧面之热影响，换言之，本创作之调质设备I可利用加热单元12选择性地针对所需要的晶棒表面进行调质/改质，同时利用冷却单元14将不需改质的晶棒表面控制在较为低温的条件。而在一较佳实施例中，本创作之晶棒表面之调质设备I更可具有控制单元15及晶棒支撑座16。控制单元15系耦接于加热单元12，控制单元15系包括加热控制器，以精准控制快速加热组件122的加热温度及时间；控制单元15更具有一传感器151，如热电耦等等，在快速热退火处理的过程中，传感器151可邻近地设置于快速加热组件122，以监控快速加热组件122的温度，以反馈给控制单元15，另外，传感器151亦可用来量测晶棒I的表面温度，以精准地控制晶棒I的退火温度。晶棒支撑座16则主要用于承载晶棒I，换言之，操作者可先将晶棒I固定于晶棒支撑座16上，再将盖体11由上而下的罩盖于晶棒支撑座16与晶棒I，使晶棒支撑座16与晶棒I均容置于腔体110中；较佳地,晶棒支撑座16可为一种耐高温材料,例如防火衬垫等
坐寸ο本创作之晶棒表面之调质设备I可用于热退火程序以消除晶棒I之损伤层，其操作步骤可例示如下(I)首先将晶棒I置于晶棒支撑座16上，并以盖体11罩盖之；(2)利用保护气体输送单元13输入氮气于腔体110中；(3)利用加热单元12以50°C /秒的方式将晶棒I加热至300到900°C，并维持此一温度足够的时间(约15秒到45秒)来消除晶棒I之至少一表面之损伤层，同时利用冷却单元14针对不需改质的晶棒表面进行控温；[0041](4)将晶棒I置于腔体110中以炉冷至150到200°C，并利用冷却单元14针对加热单元12进行冷却；(5)关闭保护气体输送单元13之氮气；(6)将晶棒I空冷至常温，即完成热退火程序。综上所述，本创作可利用热处理程序来降低晶棒在加工制程中所产生的内部损伤情形。另外，本创作可具有低污染之优点，本创作可降低在晶棒表面污染之副产物，也不会造成晶圆表面之表面粗糙度变差，换言之，本创作之调质设备在其热退火的过程中属于较"干净"的制程。
以上所述仅为本发明之较佳可行实施例，非因此局限本发明之专利范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为之等效技术变化，均包含于本发明之范围内。
权利要求1.一种晶棒表面之调质设备，系包含 一盖体，其中具有一用于容置一晶棒之腔体； 一设置于该盖体之外部之加热单元，其中该盖体至少具有一部分的透明区域，使该加热单元的热辐射透过该透明区域而对该晶棒进行加热； 一保护气体输送单元，其连通于该腔体以注入保护气体于该腔体中；以及 一对应于该加热单元之冷却单元。
2.如权利要求I所述之晶棒表面之调质设备，其中该盖体系为一种全透明的罩盖结构，其具有一个顶面及至少一个连接该顶面之侧面。
3.如权利要求2所述之晶棒表面之调质设备，其中该全透明的罩盖结构系为耐高温玻3 ο
4.如权利要求2所述之晶棒表面之调质设备，其中该全透明的罩盖结构上更具有一进气口与一出气口，该保护气体输送单元系连接于该进气口与该出气口。
5.如权利要求2所述之晶棒表面之调质设备，其中该加热单元系设置于该顶面上。
6.如权利要求2、3、4或5所述之晶棒表面之调质设备，其中该加热单元系包括多个金属板件及多个固定于该些金属板件上之快速加热组件。
7.如权利要求6所述之晶棒表面之调质设备，更包括一控制单元，其系耦接于该加热单元，且该控制单元具有一邻近地设置于该些快速加热组件之传感器。
8.如权利要求7所述之晶棒表面之调质设备，其中该传感器系为热电耦。
9.如权利要求6所述之晶棒表面之调质设备，更包括一晶棒支撑座，其设置于该腔体中而承载该晶棒。
10.如权利要求9所述之晶棒表面之调质设备，其中该晶棒支撑座系为一防火衬垫。
专利摘要一种晶棒表面之调质设备，系包含一盖体，其中具有一用于容置一晶棒之腔体；一设置于该盖体之外部的加热单元，其中该盖体至少具有一部分的透明区域，使该加热单元的热辐射透过该透明区域而对该晶棒进行加热；一保护气体输送单元，其连通于该腔体以注入保护气体于该腔体中；以及一对应于该加热单元之冷却单元。
文档编号C30B33/02GK202440569SQ20122002913
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者刘建亿, 郑世隆, 郑守智, 陈炤彰, 陈钰麟, 黄国维 申请人:昆山中辰矽晶有限公司