CN102148133A - 单晶圆干燥装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单晶圆干燥装置，包括：工艺腔体(7)和设置在所述工艺腔体(7)中的晶圆支撑(20)，还包括：一端连接于所述工艺腔体(7)外壁上的进气管(6)和连接在所述进气管(6)上的第一氮气输入管路(3)，所述进气管(6)的另一端与用于装载异丙酮的蒸汽腔体(2)连接，所述蒸汽腔体(2)内设有加热装置(1)，所述蒸汽腔体(2)出口和所述第一氮气输入管路(3)内均设有气体质量流量计，通过各个部件之间的配合，避免了干燥过程中产生水痕导致产品缺陷。

Description

单晶圆干燥装置及方法
技术领域
本发明涉及晶圆干燥工艺技术领域，特别涉及一种单晶圆干燥装置及方法。
背景技术
集成电路晶圆的清洗工艺中，干燥晶圆上表面是非常重要的一环。晶圆上表面的干燥方法有很多，槽式清洗和单片清洗的干燥各有不同。当前单片晶圆清洗的干燥方法有离心力脱水法(Spin dry)、异丙酮(iso-Propyl alcohol，IPA)表面张力梯度法和热氮气法。但现有的这些干燥方法中，在单片晶圆清洗中的干燥过程中很容易形成水痕，从而造成产品缺陷，并且由于现有的清洗过程中对工艺液体没有进行回收，导致原料浪费。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何避免干燥过程中产生水痕从而导致产品缺陷，并在清洗过程中对工艺液体进行回收，节约原料。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种单晶圆干燥装置，包括：工艺腔体和设置在所述工艺腔体中的晶圆支撑，还包括：一端连接于所述工艺腔体外壁上的进气管和连接在所述进气管上的第一氮气输入管路，所述进气管的另一端与用于装载异丙酮的蒸汽腔体连接，所述蒸汽腔体内设有加热装置，所述蒸汽腔体出口和所述第一氮气输入管路内均设有气体质量流量计。
其中，还包括：伸入所述工艺腔体的第二氮气输入管路。
其中，所述进气管外壁设有保温层。
其中，所述进气管上设有气泵。
其中，所述装置还包括：去静电装置，所述去静电装置设置于所述工艺腔体外，与所述工艺腔体外壁相连；或设置于所述工艺腔体内。
其中，所述装置还设有排气管，设置于所述工艺腔体外壁，在所述排气管上设有排气冷却盘管。
其中，所述工艺腔体内设有异丙酮冷却盘管，并在所述工艺腔体内低于所述异丙酮冷却盘管处设有异丙酮回收盘，所述异丙酮回收盘底端设有异丙酮回收管。
其中，所述装置还包括工艺液体输入管，所述工艺液体输入管伸入所述工艺腔体内，所述工艺腔体内所述异丙酮回收盘和所述晶圆支撑之间设有工艺液体回收盘，所述工艺液体回收盘底端设有工艺液体回收管。
本发明还公开了一种基于所述干燥装置的干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在进行晶圆的清洗工艺后，使晶圆支撑装置带动晶圆旋转，直至晶圆上表面液膜达到设定厚度，通过第一氮气输入管路输入氮气，并经进气管进入工艺腔体，直至氮气已充满整个工艺腔体；
S2：启动加热装置，产生异丙酮蒸汽，与第一氮气输入管路输入的氮气一同进入工艺腔体，使晶圆上表面的液膜蒸发。
其中，步骤S2中，启动加热装置后通过第二氮气输入管路输入热氮气。
(三)有益效果
本发明通过各个部件之间的配合，避免了干燥过程中产生水痕导致产品缺陷，并在清洗过程中对工艺液体进行回收，节约了原料。
附图说明
图1是按照本发明一种实施方式的单晶圆干燥装置的结构示意图；
图2是按照本发明一种实施方式的单晶圆干燥装置的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是按照本发明一种实施方式的单晶圆干燥装置的结构示意图，包括：工艺腔体7、设置在所述工艺腔体7中的晶圆支撑20、工艺液体输入管路11、去离子水输入管路12、设置于所述工艺腔体7底端的废液回收管路17，所述工艺液体输入管路11和去离子水输入管路12伸入工艺腔体7内的一端分别与晶圆支撑20相对，从对准将放于晶圆支撑20上的晶圆，所述晶圆支撑20可以带动将放于晶圆支撑20上的晶圆进行旋转，也可使其在竖置方向进行活动，还包括：一端连接于在所述工艺腔体7外壁上的进气管6和连接在进气管6上的第一氮气输入管路3，所述进气管6另一端与和用于装载IPA的蒸汽腔体2连接，所述蒸汽腔体2内设有加热装置1，为方便对氮气及IPA蒸汽的流量进行控制，所述蒸汽腔体2出口和所述第一氮气输入管路3内均设有气体质量流量计(未示出)。为使晶圆上表面的干燥效果更好、干燥速度更快，所述装置还包括第二氮气输入管路13，所述第二氮气输入管路13伸入工艺腔体7内的一端与晶圆支撑20相对，从而对准将放于晶圆支撑20上的晶圆，以进行工艺。为确保温度损失最小，防止所述IPA的蒸汽还未进入工艺腔体7就已经冷凝，优选地，所述进气管6外壁设有保温层5。所述第一氮气输入管路3用于输入氮气，由于该氮气要和IPA的蒸汽相混合，故该氮气应具有一定温度(与IPA蒸汽混合后不会使IPA蒸汽冷凝)，其有两个作用，第一，用于使工艺腔体7内充满氮气，使工艺腔体7内氧气含量变少，防止氧气使已产生图案的晶圆上表面发生不均匀氧化而产生水痕。由于IPA是危险性极强的有害物质，吸入过量异丙醇蒸气，会造成人体健康的危害，轻度会刺激眼睛及上呼吸道，高浓度可能造成头痛、恶心症状，大量暴露时会造成意识丧失及死亡，IPA于密闭空间的蒸气浓度达2％-12％就会引起爆炸，故第二个作用为稀释IPA蒸汽，并为IPA蒸汽提供动力，使其顺利进入工艺腔体7，所述第一氮气输入管路3输入的氮气源可以为增压后的压力氮气，也可以为不带压力的氮气，但所述进气管6上需设有气泵，选择的气泵需最大限度地降低膜片与气体之间的摩擦，避免爆炸及火灾发生。IPA的易燃性决定了在使用IPA的工艺腔体7中必须考虑防火，而晶圆旋转形成的静电形成火花可能造成的火灾也是必须避免发生的，优选地，所述装置还包括：设置在工艺腔体7外的去静电装置16，所述去静电装置16与所述工艺腔体7外壁相连，去静电装置16可以采用在线式，也可以采用独立式，又或直接放置于工艺腔体7内。为避免IPA蒸汽直接进入大气造成污染以及保证工艺腔体7内的气压平衡，优选地，所述装置还设有排气管18，在所述排气管18上设有排气冷却盘管19，用于将少量IPA蒸汽冷凝后收集处理。为将工艺腔体7内的多余IPA蒸汽冷凝成液滴，便于排放或回收，优选地，所述工艺腔体7内设有异丙酮冷却盘管10，并在所述工艺腔体7内低于冷却盘管10处设有异丙酮回收盘9，所述异丙酮回收盘9底端设有异丙酮回收管10，该回收管延伸至工艺腔体7外。为在清洗过程中对工艺液体进行回收，优选地，所述工艺腔体7内所述异丙酮回收盘9和所述晶圆支撑20之间设有工艺液体回收盘8(可根据工艺所需的工艺液体种类设置相应个数的输入管，并通过设置与工艺液体种类相同层的液体回收盘来对工艺液体进行分别回收)，所述工艺液体回收盘8底端设有工艺液体回收管15，该回收管延伸至工艺腔体7外。进行晶圆的清洗工艺时，所述晶圆支撑20先将晶圆撑顶至所述工艺液体回收盘8略高处，所述工艺液体输入管11对晶圆用工艺液体进行喷射，在喷射时，所述晶圆支撑20带动晶圆进行旋转，旋转速度保持在不超过300转/每分(revolutions per minute，rpm)以保证工艺液体均匀地覆盖晶圆上表面的每一点，并使工艺液体可落入所述工艺液体回收盘8，喷射完成后，所述晶圆支撑20带动晶圆进行不低于1500rpm的旋转，使晶圆上表面上的工艺液体落入所述工艺液体回收盘8，之后晶圆支撑20下降至低于所述工艺液体回收盘8处，通过去离子水输入管12对晶圆用去离子水进行喷射，在喷射时，所述晶圆支撑20带动晶圆进行旋转，旋转速度保持在不超过300rpm以保证去离子水可以冲洗到晶圆上表面的每一点，喷射完成后，所述晶圆支撑20带动晶圆进行不低于1500rpm的旋转，使晶圆上表面上的去离子水落入所述工艺腔体7底端，流入所述废液回收管路17，并使晶圆上表面的液膜保持均匀，所述晶圆支撑20带动晶圆回到初始位置。为使IPA蒸汽均匀的进入所述工艺腔体7，优选地，所述进气管6两端均设有均流板4。
本发明还公开了一种基于所述的干燥装置的干燥方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1：在进行晶圆的清洗工艺后，晶圆支撑20带动晶圆旋转，转速保持在500～1000rpm，直至晶圆上表面液膜的厚度合适(本实施方式中合适的厚度为小于0.1mm)，通过第一氮气输入管路3输入氮气，并经进气管6进入工艺腔体7，直至气体质量流量计检测氮气已充满整个工艺腔体7；
S2：启动加热装置1，产生异丙酮蒸汽，与第一氮气输入管路3输入的氮气一同进入工艺腔体7，晶圆的转速降低至100～500rpm之间，进入工艺腔体7内的异丙酮蒸汽与晶圆上表面的液膜进行置换，提升晶圆的转速升至1500rpm以上，使所述晶圆上表面的液膜完全蒸发。
步骤S2中，启动加热装置1后，还可通过第二氮气输入管路13输入热氮气，此时，仅需将晶圆的转速保持在500～1000rpm，而不需要升至1500rpm以上。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种单晶圆干燥装置，包括：工艺腔体(7)和设置在所述工艺腔体(7)中的晶圆支撑(20)，其特征在于，还包括：一端连接于所述工艺腔体(7)外壁上的进气管(6)和连接在所述进气管(6)上的第一氮气输入管路(3)，所述进气管(6)的另一端与用于装载异丙酮的蒸汽腔体(2)连接，所述蒸汽腔体(2)内设有加热装置(1)，所述蒸汽腔体(2)出口和所述第一氮气输入管路(3)内均设有气体质量流量计。
2.如权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，还包括：伸入所述工艺腔体(7)的第二氮气输入管路(13)。
3.如权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述进气管(6)外壁设有保温层(5)。
4.如权利要求3所述的干燥装置，其特征在于，所述进气管(6)上设有气泵。
5.如权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述装置还包括：去静电装置(16)，所述去静电装置(16)设置于所述工艺腔体(7)外，与所述工艺腔体(7)外壁相连；或设置于所述工艺腔体(7)内。
6.如权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述装置还设有排气管(18)，设置于所述工艺腔体(7)外壁，在所述排气管(18)上设有排气冷却盘管(19)。
7.如权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述工艺腔体(7)内设有异丙酮冷却盘管(10)，并在所述工艺腔体(7)内低于所述异丙酮冷却盘管(10)处设有异丙酮回收盘(9)，所述异丙酮回收盘(9)底端设有异丙酮回收管(14)。
8.如权利要求7所述的干燥装置，其特征在于，所述装置还包括工艺液体输入管(11)，所述工艺液体输入管(11)伸入所述工艺腔体(7)内，所述工艺腔体(7)内所述异丙酮回收盘(9)和所述晶圆支撑(20)之间设有工艺液体回收盘(8)，所述工艺液体回收盘(8)底端设有工艺液体回收管(15)。
9.一种基于如权利要求1-8所述的干燥装置的干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在进行晶圆的清洗工艺后，使晶圆支撑装置(20)带动晶圆旋转，直至晶圆上表面液膜达到设定厚度，通过第一氮气输入管路(3)输入氮气，并经进气管(6)进入工艺腔体(7)，直至氮气已充满整个工艺腔体(7)；
S2：启动加热装置(1)，产生异丙酮蒸汽，与第一氮气输入管路(3)输入的氮气一同进入工艺腔体(7)，使晶圆上表面的液膜蒸发。
10.如权利要求9所述的干燥方法，其特征在于，步骤S2中，启动加热装置(1)后通过第二氮气输入管路(13)输入热氮气。
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