快速退火爐系統設計與實現

快速退火爐是現代大規模集成電路生產工藝過程中的關鍵裝備

     主要用于離子注入后雜質的激活、淺結制作、生長高質量的氧化膜層和金屬硅化物合金形成等工藝。隨著集成電路工藝技術的飛速發展,開展快速退火爐系統的技術研究,對國內開發和研究具有自主知識產權的快速退火爐裝備,有著十分重要的理論意義和工程應用價值。

      本文針對現代半導體器件退火工藝對快速退火爐系統的技術要求,在綜合分析國內外各種快速退火爐系統技術基礎上,通過深入的分析研究,設計了系統總體技術方案。擬定采用燈光輻射型熱源裝置,上下兩排成正交的燈管組對位于其中間的半導體硅片進行直接加熱實現溫度的快速上升,以單點測溫作為溫度測量的解決方案作為系統總體方案。

      根據熱傳導基本理論,以實現系統總體技術指標作為已知參數計算得到系統所需要的熱功率,在此基礎上實現熱源與反應腔體、冷卻系統、送氣系統等部件的設計。

     通過分析影響硅片表面溫度邊緣效應的因素,提出燈管分區及分區控制的設計方案,實現硅片表面溫度的均勻性；通過非接觸式溫度測量原理的分析,完成光學高溫計選型、測溫方案以及溫度校準設計,實現溫度的精確測量,基于系統模型的溫度控制器設計保證了溫度控制的精度與穩定度；在分析硅片傳送功能性要求的基礎上,完成傳送系統流程設計,實現了系統傳片效率與傳片的高可靠性；控制系統功能性設計、總體架構以及主控制程序流程圖設計實現整機的全自動化,保證系統具有自動化水平高、控制和管理功能強大、操作簡便、可靠性高等特點,能很好地適應快速退火爐系統對自動控制的要求。試驗結果表明,本文所設計的快速退火爐系統可以滿足半導體快速退火工藝對設備的要求。