CN102306620B - 激光退火片台装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光退火片台装置，包括：底座、炉壳、加热组件、隔热组件、托盘和卸片组件。炉壳内限定有炉腔，炉腔的上表面敞开，炉壳支撑在底座上；加热组件设在炉腔内；隔热组件设在加热组件与炉壳的内壁之间；托盘设在炉壳的顶面上且设有沿托盘轴向贯通的通孔；卸片组件设在底座上且位于炉壳与底座之间，卸片组件包括多个顶针和驱动组件，驱动组件用于驱动多个顶针沿上下方向移动以便每个顶针能够向上穿过对应的通孔向上伸出托盘的上表面。根据本发明的激光退火片台装置结构简单，对硅晶片加热均匀。在安放、卸载硅晶片时卸片组件起到辅助作用，使安放、卸载硅晶片更加方便。

Description

激光退火片台装置

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种用于集成电路制造中的硅晶片激光退火片台装置。 

背景技术

激光退火是超浅结制作工艺中重要的热处理环节。在进行硅晶片激光退火处理时，需要实现硅晶片相对激光光源的精密平面运动，同时为了降低能量阈值，需要对硅晶片辅以加热。而较高温度的热源又会对下方运动平台的直线电机、精密导轨等产生影响，导致运动误差加大。在装片和取片时，通过真空镊子等工具将硅晶片安放在托盘上，后从托盘上取下，同时，需要有装卸辅助机构进行辅助以使硅晶片放置的位置准确、方便装片和卸片。而现有的装卸片辅助机构结构较为复杂，操作十分不便。 

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有结构简单、卸片方便、受外界干扰较小的激光退火片台装置。 

根据本发明实施例的激光退火片台装置，包括：底座、炉壳、加热组件、隔热组件、托盘和卸片组件，所述炉壳内限定有炉腔，所述炉腔的上表面敞开，所述炉壳支撑在所述底座上；所述加热组件设在所述炉腔内；所述隔热组件设在所述加热组件与所述炉壳的内壁之间；所述托盘设在所述炉壳的顶面上且设有沿托盘轴向贯通的通孔；所述卸片组件设在所述底座上且位于所述炉壳与所述底座之间，所述卸片组件包括多个顶针和驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述多个顶针沿上下方向移动以便每个所述顶针能够向上穿过对应的所述通孔向上伸出所述托盘的上表面。 

根据本发明实施例的激光退火片台装置结构简单，对硅晶片加热均匀。在安放、卸载硅晶片时卸片组件起到辅助作用，使安放、卸载硅晶片更加方便。通过设置隔热组件减小了传热流量，进而减小炉壳底面及侧面的温度，从而减小对外界的热干扰。 

另外，根据本发明上述实施例的激光退火片台装置还可以具有如下附加的技术特征： 

根据本发明的一些实施例，进一步包括第一和第二导轨，所述第一导轨沿第一方向可平移地设在所述第二导轨上，其中所述底座沿正交于所述第一方向的第二方向可平移地设在所述第一导轨上。 

根据本发明的一个实施例，进一步包括调平组件，所述调平组件连接在所述炉壳与所述底座之间用于调整所述托盘的水平度。 

根据本发明的一些示例，所述调平组件包括：第一螺柱，所述第一螺柱设在所述底座 的上表面上；第二螺柱，所述第二螺柱设在所述炉壳的底面上且与所述第一螺柱对应；螺套，所述螺套两端分别与所述第一和第二螺柱螺纹连接；和第一和第二螺母，所述第一和所述第二螺母分别配合在所述第一螺柱和第二螺柱上且分别位于所述螺套两端。 

根据本发明的一个示例，所述驱动组件包括：支撑盘，每个所述顶针的下端固定在支撑盘上；转轴，所述转轴可旋转地支撑在所述底座上；和凸轮，所述凸轮安装在所述转轴上用于随所述转轴旋转以驱动所述支撑盘升降。 

根据本发明的一个具体示例，所述托盘为石墨盘，且所述石墨盘的外表面上镀有碳化硅膜。 

根据本发明的一些实施例，所述加热组件与所述托盘间隔开预定距离且包括铠装电热丝。 

根据本发明的一个实施例，所述隔热组件包括多个套筒，每个套筒的顶端敞开且底端封闭，所述多个套筒嵌套在一起且相邻两个套筒的底面之间以及周面之间彼此间隔开。 

根据本发明的一些示例，所述托盘上设置有用于将硅晶片固定在所述托盘上的弹簧拨片。 

根据本发明的一个示例，还包括托盘温度控制系统，所述托盘温度控制单元系统包括：用于检测所述托盘的温度的测温件；和温控单元，所述温控单元分别与所述测温件和所述加热组件相连以根据所述测温件检测到的温度控制所述加热组件。 

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。 

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 

图1是根据本发明实施例的激光退火片台装置的主视示意图； 

图2是图1中A处的放大示意图； 

图3是根据本发明实施例的激光退火片台装置的侧视示意图； 

图4是图3中B处的放大示意图； 

图5是根据本发明实施例的激光退火片台装置的立体结构示意图；和 

图6是根据本发明实施例的激光退火片台装置的片台温度控制的原理示意图。 

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系 为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 

下面参考附图描述根据本发明实施例的激光退火片台装置。 

如图1-5所示，根据本发明的实施例的激光退火片台装置，可以包括底座1、炉壳2、加热组件3、隔热组件4、托盘5和卸片组件6。 

具体地，炉壳2内可以限定有炉腔21，炉腔21的上表面敞开，炉壳2支撑在底座1上。 

如图2所示，可以将加热组件3设在炉腔21内。例如，可以在炉腔内设置安装盘22，安装盘22用于安装加热组件3。炉腔21内伸入有安装螺杆23，安装螺杆23可以用来支撑安装盘22。托盘5设在炉壳1的顶面上且设有沿托盘5轴向贯通的通孔51(参见图4)。由此，加热组件3可以对设在炉壳顶面行的托盘5进行加热。 

隔热组件4设在加热组件3与炉壳2的内壁之间。由此，减小传热热流量，减小炉壳2底面和侧面的温度，从而减小对外界的干扰。 

参见图1、图5所示，根据本发明的一个实施例，卸片组件6设在底座1上且位于炉壳2与底座1之间，卸片组件6包括多个顶针61，优选地，可以设置三个顶针61，和驱动组件62，驱动组件62用于驱动多个顶针61沿上下方向移动以便每个顶针61能够向上穿过对应的通孔51向上伸出托盘5的上表面。例如在卸片时，向上伸出的顶针61可以将放置在托盘5上的硅晶片向上推起，与托盘5分离，使激光退火后硅晶片更好卸载，起到辅助卸片的作用。在装片时，顶针61可以向下移动，并移动到托盘5上表面以下，以方便装片。 

根据本发明实施例的激光退火片台装置结构简单，对硅晶片加热均匀。在安放、卸载硅晶片时卸片组件6起到辅助作用，使安放、卸载硅晶片更加方便。通过设置隔热组件4减小了传热流量，进而减小炉壳2底面及侧面的温度，从而减小对外界的热干扰。 

如图1、图3、图5所示，根据本发明的一些实施例，本发明实施例的激光退火片台装置进一步包括第一导轨71和第二导轨72，第一导轨71沿第一方向(图4中的X方向)可平移地设在第二导轨72上，其中底座5沿正交于第一方向的第二方向(图4中的Y方向)可平移地设在第一导轨71上。第一导轨71和第二导轨72可以采用直线电机通过上位机(未示出)进行控制，实现第一方向和第二方向的精密二维运动。可以设置光栅尺、磁感应定位、机械限位的方式保证使用时的精度，以保证安全使用。 

如图1-4所示，根据本发明的一个实施例，激光退火片台装置进一步包括调平组件8， 调平组件8连接在炉壳2与底座1之间用于调整托盘5的水平度。由此，可以保证硅晶片激光退火时硅晶片放置位置的准确性。 

进一步地，调平组件8包括：第一螺柱81、第二螺柱82、螺套83、第一螺母84和第二螺母85(如图4所示)。 

第一螺柱81可以设在底座1的上表面上。第二螺柱82可以设在炉壳2的底面上且与第一螺柱81对应。螺套83两端可以分别与第一螺柱81和第二螺柱螺82纹连接。第一螺母84和第二螺母85分别配合在第一螺柱81和第二螺柱82上且分别位于螺套83两端。 

其中所述第一螺柱81、第二螺柱82、螺套83、第一螺母84和第二螺母85可以为多个，例如为三个，可以从各个方向对托盘5的水平度进行调整。 

优选地，可以使用三组一螺柱81-螺套83-第二螺柱82的组件对托盘5进行支撑。通过旋转相应的螺套83可改变第一螺柱81和第二螺柱82连接入螺套83的长度，从而改变托盘5和底座1的相对位置，即改变托盘的高度。同时，由于三个组件调平点的高度均可改变，可以方便对硅晶片平面平行度的调节。调节完毕后，通过拧紧第一螺母84和第二螺母85，对螺套83位置进行锁死，避免硅晶片平行度再发生改变。 

如图1所示，根据本发明的一些示例，驱动组件62包括：支撑盘621、转轴622和凸轮623。 

具体地，每个顶针61的下端可以固定在支撑盘621上。由此，每个顶针61可以随支撑盘621一起上下运动。 

转轴622可旋转地支撑在底座1上。凸轮623安装在转轴622上用于随所述转轴622旋转以驱动支撑盘621升降。由此，可以实现顶针61从托盘5上的通孔51伸出或退回。 

根据本发明的一个示例，托盘5为石墨盘，且石墨盘的外表面上镀有碳化硅膜51(如图2所示)。例如，石墨盘可以采用无间隙的石墨盘直接承载硅晶片，同时在盘体外镀碳化硅膜，由此，可以使托盘5的热阻减小，提高导热性能。 

如图1-2所示，根据本发明的一些实施例，加热组件3与托盘5间隔开预定距离且包括铠装电热丝31。可以在炉腔内设置安装盘22，安装盘22用于安装铠装电热丝31。炉腔21内伸入有安装螺杆23，安装螺杆23可以用来支撑安装盘22。铠装电热丝31可以根据托盘5的形状绕制成对应的形状，且与托盘5采用非接触式辐射传热，从而保证温度场的均匀性。 

如图1-2所示，根据本发明的一个实施例，隔热组件4可以包括多个套筒41，每个套筒41的顶端敞开且底端封闭，多个套筒41嵌套在一起且相邻两个套筒的底面之间以及周面之间彼此间隔开。安装螺杆23可以穿过套筒41，两个套筒41之间可以设置有安装在安装螺杆23上的螺母24，设置在螺母24上方的套筒41可以防放置在螺母24上，根据螺母的高度可以限定出两个套筒41之间的距离。需要说明的是套筒可以为金属套筒，例如为不锈钢套筒。套筒41通过增多金属壁层数加大辐射热阻，从而减小传热热流量，最终减小炉壳2的底面和侧面温度，从而减小外界的热干扰。此隔热方案的优点是在隔热组件4内不加入隔热填充材料，避免的更换困难和受热排气困难现象的发生。 

根据本发明的一些示例，托盘5上设置有用于将硅晶片固定在托盘5上的弹簧拨片(未示出)。弹簧拨片布置在硅晶片的周边。优选地，可以采用四个一组的弹簧拨片对硅晶片固定。系结构简单，无需吸盘管路，也无需导轨处的线缆转接。 

如图6所示，根据本发明的一些实施例，激光退火片台装置还包括托盘温度控制系统，托盘温度控制单元系统包括：用于检测托盘5的温度的测温件91，例如为热电偶，和温控单元92，温控单元92分别与测温件91和加热组件3相连以根据测温件91检测到的温度控制加热组件3例如铠装电热丝31。 

温控单元92可以包括温控表921。 

其中温控表921是控制中心，通过控制铠装电热丝31通过电流的大小，实现加热调节。具体温度数据通过热电偶读入。另外，另配备一块辅助表922，可对第二只热电偶93进行读数。 

温控表921可在多种工作模式下进行控制，如固定目标温度进行加热、固定加热速度、设定由多点组成的温度曲线等。还可对其PID参数进行调节，进行控制系统优化。另外，也可通过RS485端口进行通信，在工控机端通过Labview编程，根据其通信格式规范，实现对温控表的远程控制。最终整机系统的控制功能可整合到统一界面中，实现整体控制。 

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。 

Claims (8)

1.一种激光退火片台装置，其特征在于，包括：

底座；

炉壳，所述炉壳内限定有炉腔，所述炉腔的上表面敞开，所述炉壳支撑在所述底座上；

加热组件，所述加热组件设在所述炉腔内；

隔热组件，所述隔热组件设在所述加热组件与所述炉壳的内壁之间；

托盘，所述托盘设在所述炉壳的顶面上且设有沿托盘轴向贯通的通孔；和

卸片组件，所述卸片组件设在所述底座上且位于所述炉壳与所述底座之间，所述卸片组件包括多个顶针和驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述多个顶针沿上下方向移动以便每个所述顶针能够向上穿过对应的所述通孔向上伸出所述托盘的上表面；

进一步包括调平组件，所述调平组件连接在所述炉壳与所述底座之间用于调整所述托盘的水平度；

所述调平组件包括：

第一螺柱，所述第一螺柱设在所述底座的上表面上；

第二螺柱，所述第二螺柱设在所述炉壳的底面上且与所述第一螺柱对应；

螺套，所述螺套两端分别与所述第一和第二螺柱螺纹连接；和

第一和第二螺母，所述第一和所述第二螺母分别配合在所述第一螺柱和第二螺柱上且分别位于所述螺套两端。

2.根据权利要求1所述的激光退火片台装置，其特征在于，进一步包括第一和第二导轨，所述第一导轨沿第一方向可平移地设在所述第二导轨上，其中所述底座沿正交于所述第一方向的第二方向可平移地设在所述第一导轨上。

3.根据权利要求1所述的激光退火片台装置，其特征在于，所述驱动组件包括：

支撑盘，每个所述顶针的下端固定在支撑盘上；

转轴，所述转轴可旋转地支撑在所述底座上；和

凸轮，所述凸轮安装在所述转轴上用于随所述转轴旋转以驱动所述支撑盘升降。

4.根据权利要求1所述的激光退火片台装置，其特征在于，所述托盘为石墨盘，且所述石墨盘的外表面上镀有碳化硅膜。

5.根据权利要求1所述的激光退火片台装置，其特征在于，所述加热组件与所述托盘间隔开预定距离且包括铠装电热丝。

6.根据权利要求1所述的激光退火片台装置，其特征在于，所述隔热组件包括多个套筒，每个套筒的顶端敞开且底端封闭，所述多个套筒嵌套在一起且相邻两个套筒的底面之间以及周面之间彼此间隔开。

7.根据权利要求1所述的激光退火片台装置，其特征在于，所述托盘上设置有用于将硅晶片固定在所述托盘上的弹簧拨片。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的激光退火片台装置，其特征在于，还包括托盘温度控制系统，所述托盘温度控制单元系统包括：

用于检测所述托盘的温度的测温件；和

温控单元，所述温控单元分别与所述测温件和所述加热组件相连以根据所述测温件检测到的温度控制所述加热组件。

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