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一种微波裂片设备

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一种微波裂片设备

19 工业技术 0 引言 一九八零年,IBM发展应用氧离子直接注入法(Separation by Implantation Oxygen ,SIMOX)来发展制作SOI材料。该制程需要植入 非常高剂量的氧离子(约510 18 /cm 2 ),虽然经过高温退火处理形成 二氧化硅层,并以再洁净的方式去除大部分的缺陷,但仍然无法使因 注入离子而造成的缺陷全部消除。到一九九二年,法国的一家以研究 为导向的公司Commossariat A l’Energie Atomique使用一种薄膜转移 的技术,名称为智切法(Smart Cut),能成功地将硅单晶的薄膜转移 至另一个硅基板上。此制程首先将氢离子注入于一片已生成氧化层的 硅晶圆中,再与另一片硅晶圆进行键合。经高温退火处理时,注入的 氢离子获得动能,而聚合成氢分子填充微裂缝中,所形成氢分子不能 再以扩散离开裂缝,依PVnRT原理,氢分子数目快速扩大,故使裂 缝内压力上升,进而使微裂缝扩张形成裂缝平板及聚集成大面积裂孔, 最后使得元件晶圆上下层剥离,产生薄膜并转移至基材晶圆上,形成 SOI结构。 TM制程是通过注入低剂量1E16-1E17/cm 2 的H 到达硅片一定 深度,再通过加热微波的方式,使硅片中的H 聚集成H 2 达到裂片的 目的。所谓微波裂片是指以微波辐射代替传统的热源,硅片对微波能 量的吸收达到一定的温度,从而使H 聚集成H 2 达到使硅片裂开的效 果。由于它与注氧隔离技术相比较,得到的SOI 属于不同的方法,所 以微波裂片技术逐渐得到更广泛的应用。但针对微波裂片这个过程, 目前国内还没有研究出微波裂片的设备及方法,现有微波裂片过程都 是在实验室中进行,每次只能单独对一片硅片操作,同时对温度不能 根据需要精确化的控制和调节,又由于只能单片进行操作,因此无法 工业化生产,批量产出。 1 实施方案 1.1 设备结构 本文在于提供一种微波裂片设备,该设备能够通过微波加热使硅 片裂开,并能根据需要实现硅片加工温度的自动控制和调节,同时实 现硅片产业化生产。 为实现上述目的,采用的设备技术方案是 该设备包括硅片传送室、硅片预热腔室、硅片恒温室、微波裂片室、 硅片冷却室和硅片分选区;其中 硅片传送室机械手从硅片盒中取出硅片,同时机械手扫描硅片 数目及位置,然后把硅片竖直放在传送室内的石英舟上,再将装载硅 片的石英舟传送至硅片预热腔室;所述石英舟能够放置硅片1-50对; 硅片预热腔室用于对石英舟上硅片的预热;预热腔室的工作温 度为0-1000℃。石英舟上的硅片传送至预热腔室,用加热器使腔室温 度均匀升温,腔室温度可控可调,1分钟可升温1-30℃可控可调。使 用热偶测温。待腔室温度达到要求温度后,传入硅片恒温室。 硅片恒温室装载硅片的石英舟通过机械手传输至硅片恒温室后, 对硅片进行恒温加热;硅片恒温室使硅片温度在一定温度下恒定不变, 腔室内的误差在0.1℃以内,确保腔室温度准确。此腔室的工作温 度为100-500℃长期可用。 微波裂片室装载硅片的石英舟由机械手从硅片恒温室传输至微 波裂片室,通过微波加热对硅片进行微波裂片;微波裂片室设有1-60 个微波磁控头,石英舟在微波裂片室内能够360℃旋转,使硅片均匀 一种微波裂片设备 李 捷 (沈阳硅基科技有限公司,沈阳 110169) 摘 要本文属于微波裂片技术领域。该设备包括硅片传送室、硅片预热腔室、硅片恒温室、微波裂片室、硅片冷却室和硅片分选区;利用此 设备进行TM制程的微波裂片时,通过启动测温系统监测加热腔室内的温度,并通过控制系统控制及调节加热腔室内的温度,使微波裂片过程 中各阶段的温度能够精确控制,满足硅片裂片的实际温度要求,保证制备出高质量的硅片。 关键词裂片;微波;设备;TM-SOI DOI10.16640/ki.37-1222/t.2019.12.015 受热,微波升温速率可达10-260℃/S可控可调,且温度误差在1℃ 以内。 硅片冷却室装载硅片的石英舟由机械手从微波裂片室传输至硅 片冷却室,对硅片进行冷却处理;冷却腔室内的温度下降速率可在 1-50℃/min可控可调。 硅片分选区机械手将装载硅片的石英舟从硅片冷却室传送至硅 片分选区,选择SOI放在一个盒内,选择SOI对片放在另一个盒内。 下图为结构示意图 1.2 设备配置 本设备还设置有加热器、氮气冷却装置、测温装置和控制系统, 所述测温装置即热电偶。 所述硅片预热腔室和硅片恒温室内通过设置加热器进行加热,微 波裂片室通过微波磁控头进行加热,硅片冷却室通过设置氮气冷却装 置进行冷却。 所述硅片预热腔室、硅片恒温室、微波裂片室和硅片冷却室内都 设有热电偶,用于将测试的温度信息传递至控制系统,控制系统通过 接收的温度信息调控温度;控制系统还用于控制机械手的动作。 2 设备使用方法 应用上述设备进行微波裂片的方法,包括如下步骤 (1)首先机械手从硅片盒中取出硅片放在硅片传送室内,机械 手将硅片放在石英舟上。(2)机械手将装载硅片的石英舟传送至硅 片预热腔室,控制预热腔室内硅片升温,温度到达200℃左右,停止 加热,并通过机械手将装载硅片的石英舟传送至硅片恒温室。(3) 硅片传送至恒温室后,硅片在200℃时保温30min。(4)硅片保温结 束后,由机械手将装载硅片的石英舟传送至微波裂片室,使用磁控头 给硅片加热,石英舟在微波裂片室内360℃旋转,使硅片均匀受热, 微波加热总时间为10min,微波后的硅片温度低于500℃。(5)硅片 传送至冷却室,使用氮气冷却,待硅片温度降低至室温(25℃)时, 传送到硅片分选区。(6)取走SOI片,SOI对片回收。 3 设备效益 此设备具有如下有益效果 (1)利用本设备进行微波裂片时,通过启动测温系统监测加热 腔室内的温度,并通过控制系统控制及调节加热腔室内的温度,使微 波裂片过程中各阶段的温度能够精确控制,满足硅片裂片的实际温度 要求,保证制备出高质量的硅片。(2)设备通过控制系统按设定方 式设定温度,控制硅片传输机械手的运动,使裂片过程精确、稳定、 洁净,同时自动循环进行,可以实现批量化生产。

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