[发明专利]一种移动式硅片退火设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种移动式硅片退火设备。

背景技术

单晶硅是硅的单晶体，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前缘，其主要用途是用作半导体材料和利用太阳能光伏发电、供热等。以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为全球经济发展中增长最快的先导产业。但在自然界不存在单体硅，多呈氧化物或硅酸盐状态。高纯度硅在石英中提取，以单晶硅为例，提炼要经过以下过程：石英砂-冶金级硅-提纯和精炼-沉积多晶硅锭-单晶硅-硅片切割。硅片中含有氧，在450℃左右，硅中的氧会转化为氧施主，对电阻率的正确测量产生影响。退火可以将硅片表面附近的氧，从其表面挥发脱除，使表面附近的杂质数量减少，缺陷也减少，对制造半导体器件具有致关重要的积极影响。由于硅片处理对温度均匀性及外部环境洁净度要求非常高，普通退火处理或气氛保护条件下的退火处理已经不能满足其工艺要求。

发明内容

本发明旨在提出一种能够满足及改善硅片退火工艺对温度及外部环境的较高要求的一种移动式硅片退火设备。

本发明的技术方案在于：

一种移动式硅片退火设备，包括支撑台架、支撑台架上通过一主体移动结构安装有依次连接的箱门、加热系统、石英管、真空系统以及充气系统；另外，支撑台架上还设有一电控部分，电控部分与加热系统相连。

优选地，所述的加热系统由保温材料、加热体、保持架和保持架水冷装置四部分组成；其中，保温材料采用保温性能较好的莫来石材料，加热体为铁铬铝丝材，沿石英管圆周均匀布置，分三区加热，每区独立控制。

优选地，所述的主体移动机构由滚珠螺杆、导轨、减速机和伺服电机组成。

更优选地，所述的主体移动机构设有前、后两个限位位置，分别对应加热位置和冷却位置，限位方式采用机械限位和行程开关限位两种方式。

优选地，所述的真空系统由RVP-18直联泵和F250涡轮分子泵两级泵组成，真空管路采用无缝钢管，并配有控制阀门。

或者优选地，所述的充气系统由电磁阀、压力表、微调阀及管路组成。

或者优选地，所述的充气系统采用的介质为氮气。

或者优选地，所述的电控部分采用可编程控制器PLC为运算控制核心，通过触摸屏对加热系统进行操作。

本发明的技术效果在于：

本发明温度均匀性好、密封性，并且一次性处理硅片数量多，对硅片零污染，解决了硅片退火处理工艺要求很高、普通设备无法满足的难题，提高了硅片制成品性能的一致性及可靠性，很大程度上提高了生产效率。设备在半导体材料制造、电子元器件封装领域均可以有很大的应用空间，经济效益显著。

附图说明

图1为本发明一种移动式硅片退火设备的系统连接图。

具体实施方式

一种移动式硅片退火设备，包括支撑台架7、支撑台架7上通过一主体移动结构8安装有依次连接的箱门、加热系统3、石英管4、真空系统5以及充气系统；另外，支撑台架7上还设有一电控部分1，电控部分1与加热系统3相连。

其中，加热系统3包括保温材料、加热体、保持架和保持架水冷装置等四部分。保温材料采用保温性能较好的莫来石材料，加热体为铁铬铝丝材，沿石英管4圆周均匀布置，分三区加热，每区独立控制，确保真空室内部的温度均匀性。保持架水冷装置可确保设备主体表面温度温升在25℃范围内。

硅片处理工艺完成后，主体移动机构可以将加热及保温部分从加热区移开，从而加快硅片冷却速度。主体移动机构由滚珠螺杆、导轨、减速机和伺服电机等组成，传动可靠、运动平稳、噪音小。移动机构设有前、后两个限位位置，分别对应加热位置和冷却位置，限位方式采用机械限位和行程开关限位两种方式，保证限位可靠。

为了满足工艺对设备极限真空度和工作真空度的较高要求，真空系统5由RVP-18直联泵和F250涡轮分子泵两级泵组成，真空管路采用无缝钢管，并配有控制阀门。真空测量装置选用测量精度高、稳定性好的成都睿宝ZDF系列复合真空计。

充气系统由电磁阀、压力表、微调阀及管路组成，采用的介质为氮气。

设备采用MODBUSRTU通讯协议，实现设备中各个仪表之间的数据交换。采用可编程控制器PLC为运算控制核心，通过触摸屏对设备进行操作。PLC采集各个数字量和模拟量数据。触摸屏分别与PLC、温控仪、记录仪实现数据的通讯交换与处理，各个仪表的控制又是相互独立的。本发明的工作过程为，打开箱门装料，关闭箱门抽真空，当箱体内压力低于8×10^-3Pa时，点击‘加热’按钮，设备按照预先设定的加热曲线完成升温、保温等工艺过程。保温结束后，通过主体移动结构8将设备加热系统3转移到冷却位置，使硅片自然冷却。硅片冷却过程中，真空室始终保持在真空条件下，如工艺需要也可充入氮气等惰性气体，以加快硅片冷却速度，待硅片在真空室冷却后，将真空室放气至与大气平衡的状态即可打开前门取出。