一种微波裂片设备

李捷

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

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.015

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5×1018/cm2），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 lEnergie 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PV=nRT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/cm2）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H2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H2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，并能根据需要實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。