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全氢罩式退火炉退火过程

  退火炉是在半导体器件制造中使用的一种工艺,其包括加热多个半导体晶片以影响其电性能。热处理是针对不同的效果而设计的。可以加热晶片以激活掺杂剂,将薄膜转换成薄膜或将薄膜转换成晶片衬底界面,使致密沉积的薄膜,改变生长的薄膜的状态,修复注入的损伤,移动掺杂剂或将掺杂剂从一个薄膜转移到另一个薄膜或从薄膜进入晶圆衬底。退火炉可以集成到其他炉子处理步骤中,例如氧化,或者可以自己处理。退火炉是由专门为加热半导体晶片而设计的设备完成的。退火炉是节能型周期式作业炉,超节能结构,采用纤维结构,节电60%。

  工艺阶段1-炉台装料/设置内罩

  关闭所有炉台的输入、输出阀门;

  炉台装料;

  检查炉台密封圈和内罩法兰,如果有轧制油就进行清洗;

  设置内罩;

  当内罩接触到内罩位置检测接近开关时,由该接近开关给出“内罩已设置”信号,同时氮气输出阀打开以避免内罩内压力波动;

  收到“内罩已设置”信号时,工艺阶段1 结束并自动进入工艺阶段2。

  2

  工艺阶段2 --- 压紧内罩

  内罩压紧必须在有炉台冷却水的情况下进行;

  在炉台冷却水流量开关有流量信号给出后,显示“等待压紧内罩”信号,操作人员在现场按下炉台操作台上的“压紧内罩”按钮,开始压紧内罩操作(液压泵起动、压紧用电磁阀打开);

  当液压系统达到压紧压力时,该压力开关给出“内罩已压紧”信号,液压泵停止、压紧用电磁阀关闭;

  收到“内罩已压紧”信号时,工艺阶段2 结束,自动进入工艺阶段3。

  3

  工艺阶段3 --- 氢气阀密封试验

  打开H2 输入阀2,关闭H2 输入阀1;

  60S 后关闭H2 输入阀2,保存当前H2 输入阀间压力变送器值(+5mbar);

  再过30S,当前压力变送器值不大于上步存储值,否则说明H2 阀1 不密封;

  20S 后打开氢气输入阀1,5S 后关闭,保存当前压力变送器值(-5mbar);

  30S 后当前压力变送器值不小于上步存储值,否则说明H2 阀 2 不密封;

  H2 阀密封良好,则发出“氢气阀密封实验成功”,工艺阶段3结束,自动进入工艺阶段4。

  4

  工艺阶段4---内罩和炉台冷态密封实验

  确认内罩设置并夹紧;

  关闭氮气输入阀,打开氮气输出阀;

  120S 后内罩压力<2.5mbar,则压力测试OK;

  确认氢气阀密封实验是否成功完成,没有的话则进入段3 进行氢气阀密封实验;

  氢气阀密封实验完成后,关闭氮气输入阀及输出阀;

  60S 后,内罩压力<10.0mbar? 不小于10.0mbar,则发出“氮气旁通阀不密封”信号,密封实验中断;

  内罩压力<10.0mbar,打开氮气输入阀,关闭氮气输出阀;

  氮气输入阀充气30S 后,内罩压力>25.0mbar,否则报警;

  关闭氮气输入阀,打开氮气旁通阀,用旁通阀充气180S 后,内罩压力>40.0mbar,否则报警;

  保压180S,内罩压力>20.0mbar,否则报警;

  再过210S,内罩压力变化在允许范围内,发出“冷态密封实验结束”信号,工艺阶段4结束,自动进入工艺阶段5。

  5

  工艺阶段5 --- N2 预吹扫

  初始化,清N2 吹扫量并开始重新计算;

  设定吹扫时间22min,设定吹扫N2 量52m3(二次吹扫的话设定吹扫量104m3);

  吹扫5m3,启动循环风机520rpm;􀂾

  吹扫量到,吹扫时间到,O2<1%,发出“吹扫结束”信号,此时加热罩内无H2。否则返回第3步重新开始吹扫;

  吹扫完成,工艺阶段5结束,自动进入工艺阶段6。

  6

  工艺阶段6-设置加热罩吹扫并点火

  加热罩已设,并已连上插头;

  检查烧嘴是否准备好,故障烧嘴数<2,则烧嘴准备好;

  吹扫加热罩6min,并开始燃气密封实验(吹扫与实验同时进行);

  燃气密封实验:

  打开燃气放气阀;

  卸压60S 后关闭放气阀等待10S 后,检查压力开关信号,燃气管路压力不低,则发出报警并等待人工确认,否则进入旁通阀密封实验;

  人工确认后,重新开始实验;􀁺

  到步骤A 后,再次检查压力开关信号,燃气压力低,则放气阀密封实验完成;

  打开旁通阀,充气240S;

  检查压力开关信号,管路压力低,则关闭旁通阀发出报警信号并等待人工确认,否则开始保压计时;

  人工确认后,重新开始密封实验;

  到步骤B 后,再次检查压力开关信号,压力不低,则开始保压计时;

  15S 后关闭旁通阀;计时30S 后,检查压力开关信号,若有压降,则发出燃气线路1 不密封报警信息,并等待人工确认否则进入

  线路2 实验;

  人工确认故障后,重新开始密封实验;

  到步骤C 后,再次检查压力开关信号,无压降,进入线路2 实验;

  打开燃气主阀,燃气旁通阀及燃气进气阀;

  5S 后关闭主阀,15S 后关闭旁通阀及进气阀; 180S 计时过后,检查线1 压力开关信号,若压力低,则发出线2 充气时间超时报警信息,并等待人工确认否进入线路密封测试过程;

  人工确认后,重新开始线路2 实验;􀁺

  到达步骤D 后,再次检查压力开关信号,若压力不低,进入线路2 测试过程;

  计时30S 后,检查压力开关信号,无压降,则发出密封实验成功信息,否则发出线2 不密封报警信息,并等待人工确认;􀁺

  人工确认后,重新开始线路2 密封实验;

  到达步骤E 后,再次检查压力开关信号,无压降,线2 密封;实验成功。

  打开烧嘴1-12 空气阀,置冷却模式,温度控制输出-100%;

  20S 后,空气压力正常且烧嘴准备好,设定吹扫时间6min,若压力不正常或空气流量不正常则等待各检测点正常;

  6min 后,检查热密封实验是否成功,不成功则再次启动燃气密封实验;􀂾

  密封实验成功,检查旁通阀状态,若旁通阀未关闭则重新开始段6,否则吹扫结束,打开燃气主阀;

  烧嘴故障自动确认时间10S;

  检测氧含量信号,O2 含量<1%,则关闭烧嘴空气阀,设定温度控制输出50%,退火使能,释放烧嘴2-12;

  60S 后,点火开始,释放烧嘴1-12;

  点火成功,准许加热则开始退火过程,工艺阶段6结束,自动进入工艺阶段7,否则进入故障处理;

  7

  工艺阶段7---升温/均热/热态密封实验

  初始化,清退火状态信息及退火时间计时值;

  退火0-退火16,期间循环风机速度根据当前实际温度给出,退火温度设定值由退火时间及结束温度设定值由退火模型计算出;

  退火期间,若H2 吹扫使能,则根据吹扫开始温度设定值运行H2 吹扫。

  H2 吹扫:退火开始时,开始N2->H2 置换,置换H2 量10m3;􀁺

  置换量到后,置换结束,开始吹扫1-16;

  吹扫1-16 由开始温度、吹扫时间、吹扫量设定值控制;

  

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  到H2 吹扫16 后,吹扫结束;

  注:吹扫1-10 为加热/均热状态吹扫,11-16 为冷却阶段吹扫。各吹扫段若无吹扫设定,吹扫不进行。

  关于H2 流量的控制说明:H2 输出端配置两个输出阀:输出阀及其旁通阀,输出阀设计理论流量30m3h,

  旁通阀设计理论流量15m3/h,当吹扫流量设定在15m3/h 以内时(包括15m3/h)使用旁通阀控制流量,当吹扫留量设定在15~30m3/h 时(包括30m3/h)使用H2 输出阀控制流量。流量控制方式为在一定周期内控制阀闭的时间比例,实际流量以平均流量计算。基本可达到原罩式炉机组的标准。

  退火段中,在退火结束温度及退火时间到后,自动进入下一退火段,若无温度设定值,则直接跳过此退火段;

  在退火段1-15 过程中,段有效的情况下若退火时间设定值减实际时间的差<12min,则开始热密封实验;

  退火段15 信号到时,H2 环境下必做热密封实验(N2 环境下,热密封实验跳过);

  热密封实验:

  关闭所有输出阀(N2 输出阀、H2 排放阀、H2 输出到烧嘴阀),计时60S;

  60S 后关闭所有输入阀(N2 输入阀,H2 输入阀1、H2 输入阀2),计时10S;

  10S 后,保存当前内罩压力值,开始计时5min;

  5min 后压力变化在10mbar 之内,则发出热密封

  实验成功信号,否则实验不成功;

  实验结束;等待下次实验开始信号到。

  退火段16 信号到时,开始燃气密封实验1;

  退火段结束后,发出过程结束信号,工艺阶段7结束,自动进入工艺阶段8。

  8

  工艺阶段8---带加热罩冷却

  阶段计时开始,存取带加热罩冷却开始温度设定值(最后一个有效退火段的结束温度设定值);

  设定温度控制为冷却模式,使能烧嘴1-5;

  􀂾根据温度及时间设定,生成冷却斜率;􀂾

  若时间未设置或温度未设置,或则时间到且炉内温度<冷却结束设定温度,则此段直接结束;

  􀂾正常情况下,时间完,结束温度到时,此段结束,关闭助燃风机及相关阀门,循环风机开始低速运行;

  􀂾工艺阶段8结束,自动进入工艺阶段9。

  9

  工艺阶段9---辐射冷却/设置冷却罩

  移去加热罩,拔去加热罩插头;

  􀂾 辐射冷却开始计时;

  􀂾 循环风机速度控制设为辐射冷却阶段模式,炉内温度<390℃时低速,炉内温度>400℃时高速;

  􀂾循环风机高速时检测炉台冷却水,冷却水流量低或无冷却水时,转为低速;

  􀂾设置冷却罩,连上冷却罩插头后,辐射冷却计时停止,辐射冷却结束,工艺阶段9结束,自动进入工艺阶段10。

  10

  工艺阶段10---带冷却罩冷却

  冷却罩已设置及插头已连接信号到后,启动冷却风机,循环风机高速运行;

  炉台温度<带冷却罩冷却结束温度,并且<350℃时信号到后开始计时;

  120S 后发出冷却结束信号,冷却风机停,工艺阶段10结束,自动进入工艺阶段11。

  11

  工艺阶段11---喷淋冷却

  该段是将冷却罩上的喷淋冷却水打开,以便加快内罩的冷却速度;

  当控制热电偶的测量温度达到350℃(计算机给出,可调)时,打开喷淋冷却水阀;

  当达到炉台卸料温度(由过程计算机给出)时,喷淋冷却水阀关闭,工艺阶段11 结束,并自动进入工艺阶段12。

  12

  工艺阶段12-后期氮气吹扫

  打开N2 输出阀及N2 输入阀,计时计量开始;

  􀂾 设定吹扫时间34min,吹扫量79m3;

  􀂾 吹扫量及吹扫时间到,开始H2 阀密封实验;

  􀂾 H2 阀密封实验完成,发出后期吹扫结束信号;

  􀂾 关闭N2 输出阀,停循环风机,关闭N2 输入阀,发出炉次结束信号,工艺阶段12 结束,进入工艺阶段13 。

  13

  工艺阶段13---移去冷却罩

  冷却风机停止后,断开冷却罩电源,当给出“移去冷却罩”信号时,可用吊车把冷却罩吊走;

  当收到“冷却罩已移去”信号时,工艺阶段13 结束,并自动进入工艺阶段14。

  14

  工艺阶段14 --- 移去内罩 / 炉台卸料

  只有下述条件满足后内罩才能被松开:

  炉台卸料温度已经达到;

  已经完成充氮;

  冷却罩已移去;

  氮气入口阀和氢气入口阀关闭;

  内罩内压力低于250Pa;

  人工在现场按下炉台操作台的“松开内罩”按钮,开始松开内罩的动作,当液压压力降到11MPa 以

  下时,炉台操作台上的“内罩已松开”信号灯亮;

  用吊车吊走内罩;

  一旦收到“内罩已移去”信号时,工艺阶段14 结束。

  以上就是全氢罩式退火炉退火过程,希望对大家有所帮助。


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