本發(fā)明涉及晶圓退火，特別涉及一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體晶圓是芯片加工的基礎(chǔ)，其原始材料是硅。高純度的多晶硅溶解后摻入硅晶體晶種，然后慢慢拉出，形成圓柱形的單晶硅，硅晶棒在經(jīng)過研磨，拋光，切片后，形成硅晶圓片，也就是晶圓；晶圓在加工時(shí)需要進(jìn)行退火冷卻工藝，其目的是利用熱能促使晶圓內(nèi)的原子進(jìn)行晶格位置的重排，以降低晶格缺陷，激活摻雜元素，改善材料的性能，以提高晶圓的品質(zhì)和可靠性，因此會用到退火冷卻設(shè)備。

2、現(xiàn)有的退火冷卻設(shè)備在使用時(shí)存在諸多的技術(shù)缺陷，第一晶圓片在退火爐中一般是通過耐熱撐腳進(jìn)行支撐的，但撐腳會占用和遮擋晶圓片局部位置，并干擾上下熱量有效傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致晶圓片的加熱不均勻，會使晶圓品質(zhì)下降；第二晶圓片在加熱的過程中，容易被空氣氧化，導(dǎo)致晶圓品質(zhì)下降，并且退火爐中熱量容易散失，能源利用率低，環(huán)保性差；第三在加熱后的晶圓片攜帶高溫，一方面不能立即放入到室溫內(nèi)進(jìn)行冷卻，否則晶體結(jié)構(gòu)可能無法形成有規(guī)律的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致晶體缺陷和性能下降，但目前的退火爐無法進(jìn)行有梯度的降溫冷卻，另一方面晶圓片在進(jìn)行自然冷卻時(shí)所需時(shí)間較長，從而會導(dǎo)致整個(gè)晶圓處理工藝的工作效率降低。

3、綜上所述，考慮到現(xiàn)有設(shè)施滿足不了工作使用需求，為此，我們提出一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備，包括進(jìn)料箱，所述進(jìn)料箱的內(nèi)部開設(shè)有冷卻腔，所述進(jìn)料箱的前端面、和冷卻腔相連通處開設(shè)有進(jìn)料口，所述冷卻腔的下端豎直安裝有升降氣缸，所述升降氣缸的內(nèi)部向上活動(dòng)設(shè)置有升降桿，所述升降桿伸入冷卻腔內(nèi)，所述升降桿的頂部焊接有密封板，所述密封板的上端面中間位置處連接有接料桿，所述接料桿供晶圓片平放。

4、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述進(jìn)料箱的上端中間位置處設(shè)置有退火爐，所述退火爐的內(nèi)部開設(shè)有退火室，所述退火室和冷卻腔之間開設(shè)有連接通口，所述連接通口供密封板和晶圓片穿過。

5、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述連接通口上安裝有氣囊密封結(jié)構(gòu)。

6、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述退火室的頂部鉚接有隔熱板，所述隔熱板的下端面均勻安裝有若干組第一加熱器，所述第一加熱器的數(shù)量優(yōu)選為4-6組，所述退火爐的爐壁一周均勻分布有若干組第二加熱器，所述第二加熱器的數(shù)量優(yōu)選為4-6組。

7、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述退火爐的上端面中間位置安裝有真空抽吸泵，所述真空抽吸泵的抽吸管伸入到退火室內(nèi)部，所述真空抽吸泵的排氣口連接有多孔接頭。

8、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述氣囊密封結(jié)構(gòu)包括氣囊收納架、環(huán)形氣囊、第一進(jìn)氣管和釋壓閥，所述氣囊收納架固定在連接通口的內(nèi)側(cè)面一周，所述氣囊收納架的內(nèi)側(cè)面膠接有環(huán)形氣囊，所述環(huán)形氣囊的局部向內(nèi)伸出作用在密封板的外邊沿，所述環(huán)形氣囊的側(cè)面穿過氣囊收納架向外延伸設(shè)置有第一進(jìn)氣管，所述第一進(jìn)氣管穿過進(jìn)料箱的上端面和多孔接頭連接，所述氣囊收納架的外側(cè)面安裝有和環(huán)形氣囊內(nèi)部連通的釋壓閥。

9、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述退火爐的頂部內(nèi)表面鉚接有支撐座，所述支撐座的下端面中間位置處固定有環(huán)形外殼體，所述環(huán)形外殼體的內(nèi)側(cè)中間位置形成空槽，所述環(huán)形外殼體的內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有雙齒輪，所述雙齒輪包括內(nèi)齒和外齒，所述雙齒輪的上下端面對稱開設(shè)有轉(zhuǎn)槽，所述環(huán)形外殼體的內(nèi)部固定有伸入轉(zhuǎn)槽的定位塊，所述定位塊的數(shù)量優(yōu)選為2-4組，所述定位塊和轉(zhuǎn)槽相契合并相對運(yùn)動(dòng)。

10、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述雙齒輪的外齒處嚙合設(shè)置有驅(qū)動(dòng)齒輪，所述驅(qū)動(dòng)齒輪套接在伺服電機(jī)的輸出軸上，所述伺服電機(jī)向上伸出退火爐的上端面，所述雙齒輪的內(nèi)齒處均勻分布有若干組相嚙合的內(nèi)齒輪，所述內(nèi)齒輪套接在長輪軸上，所述長輪軸的上下端均通過軸承座和環(huán)形外殼體的內(nèi)壁固定，每組所述內(nèi)齒輪的上半部分活動(dòng)設(shè)置有夾片器，所述內(nèi)齒輪和夾片器的數(shù)量均優(yōu)選為4組。

11、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述夾片器包括齒桿、限位套、移動(dòng)部、連桿、耐熱陶瓷桿和曲形夾頭，所述齒桿和內(nèi)齒輪的上半部分相嚙合，所述齒桿活動(dòng)設(shè)置在限位套內(nèi)，所述限位套固定在環(huán)形外殼體的內(nèi)部，所述齒桿的端部設(shè)置有移動(dòng)部，所述環(huán)形外殼體的內(nèi)側(cè)開設(shè)有供移動(dòng)部運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向口，所述移動(dòng)部的下端焊接有連桿，所述連桿的下端夾持固定有耐熱陶瓷桿，所述耐熱陶瓷桿伸入到退火室內(nèi)，所述隔熱板的內(nèi)部均勻開設(shè)有分別供耐熱陶瓷桿直線運(yùn)動(dòng)的條形槽，所述耐熱陶瓷桿下端部固定有作用于晶圓片外邊沿的曲形夾頭。

12、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述進(jìn)料箱的下端固定有惰性氣體保溫罐，所述惰性氣體保溫罐的內(nèi)表面設(shè)置有保溫層，所述惰性氣體保溫罐的一側(cè)安裝有增壓泵，所述增壓泵的泵口處向上連接有保溫管，所述保溫管向上延伸進(jìn)入到退火室內(nèi)，所述保溫管的上端部設(shè)置有第一單向閥。

13、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述惰性氣體保溫罐的另一側(cè)連通設(shè)置有排氣管，所述排氣管的下端部靠近惰性氣體保溫罐的位置安裝有電磁控制閥，所述排氣管向上延伸進(jìn)入到退火室內(nèi)，所述排氣管的上端部安裝有第二單向閥。

14、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述進(jìn)料箱的后端面鉚接有支架，所述支架上安裝有儲氣罐，所述儲氣罐的外部一周設(shè)置有環(huán)形冷卻筒，所述環(huán)形冷卻筒內(nèi)盛放有冷卻水，所述儲氣罐的頂部向上延伸連通設(shè)置有第二進(jìn)氣管，所述第二進(jìn)氣管上端和多孔接頭連接，所述儲氣罐的一端面中間位置處連通設(shè)置有噴吹管，所述噴吹管的數(shù)量優(yōu)選為1-2組，所述噴吹管靠近儲氣罐的一端安裝有脈沖閥，所述噴吹管穿過進(jìn)料箱向退火室內(nèi)延伸，所述噴吹管遠(yuǎn)離脈沖閥的一端安裝有作用于晶圓片的噴頭。

15、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述進(jìn)料箱的上端面邊沿位置設(shè)置有溫度控制面板。

16、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述進(jìn)料箱的下端四角處設(shè)置有支腿，所述支腿的數(shù)量為4組。

17、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述連接通口大于晶圓片的面積，并且和密封板大小相同。

18、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一加熱器和第二加熱器采用紅外光快速升溫或者電磁感應(yīng)快速升溫的方式。

19、作為本發(fā)明所述一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備的一種優(yōu)選方案，其中：所述環(huán)形外殼體的外側(cè)面連通設(shè)置有驅(qū)動(dòng)座，所述驅(qū)動(dòng)齒輪和真空抽吸泵的下半部分位于驅(qū)動(dòng)座內(nèi)部。

20、本發(fā)明通過改進(jìn)在此提供一種晶圓加工用高溫退火冷卻設(shè)備，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著改進(jìn)及優(yōu)點(diǎn)：

21、啟動(dòng)伺服電機(jī)，經(jīng)過一系列傳動(dòng)使若干組內(nèi)齒輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)夾片器上的齒桿直線向心運(yùn)動(dòng)，耐熱陶瓷桿在條形槽限位運(yùn)動(dòng)，從而使每一組曲形夾頭慢慢接近晶圓片的邊沿，若干組曲形夾頭共同作用，對晶圓片進(jìn)行夾持，一方面適配不同尺寸的晶圓，可以自動(dòng)將晶圓限制到退火室的重心位置，便于獲得均勻的熱源，另一方面相比于使用撐腳，夾片器不會占用和遮擋晶圓片局部位置，也不會對熱量傳遞造成干擾。

22、設(shè)計(jì)真空抽吸泵，具有三個(gè)方面的作用，第一對退火室抽真空，便于惰性氣體進(jìn)入作為保護(hù)氣；第二真空抽吸泵抽吸的空氣通過第一進(jìn)氣管注入到環(huán)形氣囊內(nèi)，使環(huán)形氣囊充氣，跟密封板的外邊沿充分接觸，加強(qiáng)密封作用，使退火室處于密封狀態(tài)；第三真空抽吸泵抽吸的空氣通過第二進(jìn)氣管注入到儲氣罐內(nèi)，作為噴吹的備用氣體，達(dá)到節(jié)能的作用。

23、設(shè)計(jì)惰性氣體保溫罐，一方面打開排氣管上的電磁控制閥，將惰性氣體保溫罐內(nèi)的惰性氣體通過排氣管釋放進(jìn)入到退火室內(nèi)，使退火室內(nèi)具有大量惰性氣體，避免晶圓加熱時(shí)被氧化；另一方面利用保溫管慢慢抽吸退火室內(nèi)的高溫惰性氣體，高溫惰性氣體被輸送進(jìn)入到惰性氣體保溫罐內(nèi)進(jìn)行保溫，循環(huán)使用，可以降低加熱器的能源消耗，達(dá)到節(jié)能的目的；進(jìn)一步的保溫管慢慢抽吸退火室內(nèi)的高溫惰性氣體時(shí)，會對晶圓形成梯度降溫，配合晶圓自身的熱輻射，提高晶圓退火冷卻的效果。

24、設(shè)計(jì)噴吹結(jié)構(gòu)，打開脈沖閥，儲氣罐內(nèi)的空氣進(jìn)入到噴吹管內(nèi)，再通過噴頭噴出，一方面對晶圓片的外表面進(jìn)行噴吹清灰，確保退火前晶圓的潔凈度，另一方面對晶圓片的外表面進(jìn)行噴吹，此時(shí)噴出的冷空氣具有降溫的作用，輔助晶圓片的冷卻散熱，提高整個(gè)晶圓處理工藝的工作效率。