快速退火炉是现代大规模集成电路生产工艺过程中的关键装备
主要用于离子注入后杂质的、浅结制作、生长高质量的氧化膜层和金属硅化物合金形成等工艺。随着集成电路工艺技术的飞速发展,开展快速退火炉系统的技术研究,对国内开发和研究具有自主知识产权的快速退火炉装备,有着十分重要的理论意义和工程应用价值。
本文针对现代半导体器件退火工艺对快速退火炉系统的技术要求,在综合分析国内外各种快速退火炉系统技术基础上,通过深入的分析研究,设计了系统总体技术方案。拟定采用灯光辐射型热源装置,上下两排成正交的灯管组对位于其中间的半导体硅片进行直接加热实现温度的快速上升,以单点测温作为温度测量的解决方案作为系统总体方案。
根据热传导基本理论,以实现系统总体技术指标作为已知参数计算得到系统所需要的热功率,在此基础上实现热源与反应腔体、冷却系统、送气系统等部件的设计。
通过分析影响硅片表面温度边缘效应的因素,提出灯管分区及分区控制的设计方案,实现硅片表面温度的均匀性；通过非接触式温度测量原理的分析,完成光学高温计选型、测温方案以及温度校准设计,实现温度的精确测量,基于系统模型的温度控制器设计保证了温度控制的精度与稳定度；在分析硅片传送功能性要求的基础上,完成传送系统流程设计,实现了系统传片效率与传片的高可靠性；控制系统功能性设计、总体架构以及主控制程序流程图设计实现整机的全自动化,保证系统具有自动化水平高、控制和管理功能强大、操作简便、可靠性高等特点,能很好地适应快速退火炉系统对自动控制的要求。试验结果表明,本文所设计的快速退火炉系统可以满足半导体快速退火工艺对设备的要求。