CN102974573A - 一种对纳米图形进行紫外清洗的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对纳米图形进行紫外清洗的装置及方法，该装置包括：反应腔室(1)；设置于腔室内部顶端的紫外灯(2)；设置于腔室内部用来固定待清洗硅片(5)的托盘(4)；设置于托盘下方的加热管(3)；设置于腔室底部且连接于托盘用来带动托盘转动使硅片清洗均匀的电机(6)；以及反应腔室外部的控制面板。利用本发明，由于通入氧气，提高了反应腔室的氧气浓度，在紫外线照射下会产生密度更大的臭氧，因此能够彻底去除残留在纳米图形上的高分子聚合物；在承载硅片的托盘下装有旋转的电机，通过对硅片进行旋转来进行加热和紫外辐射，从而使硅片受到均匀的热管加热和紫外辐射，进而使清洗效果相对均匀。
Description
技术领域
本发明涉及半导体行业中纳米级光刻胶图形的清洗技术领域，尤其是一种对纳米图形进行紫外清洗的装置及方法。
背景技术
在半导体工艺中，清洗技术对于产品的质量、精度和成品率有很大的影响。传统清洗方法多采用化学清洗和物理清洗，很难满足半导体清洗工艺中对高洁净度和安全环保的要求。为了解决传统清洗带来的问题，目前国外广泛使用的清洗方法是紫外(UV)光清洗，它一方面能避免由于使用有机溶剂造成的污染，同时也能够将清洗过程缩短。
紫外光清洗技术是利用有机化合物的光敏氧化作用达到去除黏附在硅片表面上的有机物质，经过紫外光清洗后的材料表面可以达到“原子清洁度”。由于大多数碳氢化合物吸收UV光源后分解成离子、游离态原子、受激分子和中子，同时，空气中的氧气分子在吸收了紫外光后也会产生臭氧和原子氧，臭氧在不同波段的紫外照射下又分解为原子氧和氧气。其中原子氧是极活泼的，在它作用下，物体表面上的碳和碳氢化合物的分解物可化合成可挥发的气体、二氧化碳和水蒸气等逸出表面，从而彻底清除了黏附在硅片表面上的碳和有机污染物。
在微电子制造工艺中，随着特征尺寸进一步减小进入22nm节点后，纳米器件的制造出现了越来越多的问题。研究人员在实验中发现，在硅片进行曝光显影工艺后，微细线条和硅片上会有极难清除的残留高分子聚合物，严重影响了进行下一步工艺的效果。目前为了避免这一现象的出现，通常通过严格控制工艺条件来避免高分子聚合物的出现。针对这一现象，已有的紫外线清洗装置没有对这一现象进行相关研究，所以在使用过程中，面临着以下问题：1)硅片清洗均匀性不好；2)臭氧浓度低，清洗效率不高；3)有臭氧泄露，对周围环境和工作人员会产生不利影响；4)发热温度无法控制，对清洗速度无法控制。
因此，需要研制出一种能够克服以上缺点，有效对硅片进行清洗也能去除光刻产生高分子聚合物的清洗装置成为CMOS工艺进入22/16/14nm节点后面临的迫切任务。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对纳米图形进行紫外清洗的装置及方法，以彻底去除残留在纳米图形上的高分子聚合物。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种对纳米图形进行紫外清洗的装置，该装置包括：反应腔室1；设置于腔室1内部顶端的紫外灯2；设置于腔室1内部用来固定待清洗硅片5的托盘4；设置于托盘4下方的加热管3；设置于腔室1底部且连接于托盘4用来带动托盘4转动使硅片清洗均匀的电机6；以及反应腔室1外部的控制面板。
上述方案中，所述反应腔室1为隔热腔室，反应腔室1与该装置的外壳之间使用石棉隔开。在所述反应腔室1的一侧，设置有抽真空孔和充氧气孔，抽真空孔通过抽真空导管与外部抽真空装置连通，充氧气孔通过充氧气导管与外部氧源连通。所述反应腔室1提供了一个密闭的清洗空间，反应生成的杂质通过对该反应腔室1抽真空孔而排出；在使用该装置对纳米图形进行紫外清洗时，是先通过抽真空孔将反应腔室1内部抽为真空，然后再通过充氧气孔向反应腔室1内部充入氧气。
上述方案中，所述紫外灯2用于提供清洗硅片的能量来源，采用一个或多个紫外灯管。若是采用多个紫外灯管，将该多个紫外灯管并排设置于反应腔室1内部的顶端。
上述方案中，所述托盘4连接于电机6，用于让固定在托盘4上的待清洗硅片5在紫外灯2下旋转，从而提高清洗的均匀性。所述托盘4的尺寸为2寸、4寸、8寸或12寸。
上述方案中，所述加热管3用以控制待清洗硅片5表面的反应温度，从而控制反应速率。所述加热管3采用环形石英管，且该环形石英管与温度控制装置9相连，以控制反应腔室1内部的温度。
上述方案中，在该控制面板上设置有温度显示窗口7、定时装置8、温度控制装置9、紫外灯开关10及加热管与电机开关11，其中：温度显示窗口7，用以显示反应时反应腔室1的温度；定时装置8，用于在设定的时间结束时启动紫外灯开关10和加热管与电机开关11，关闭紫外灯2、加热管3与电机6；温度控制控制装置9，用于设定反应腔室的温度，通过与反应腔室内安装的热电偶测量得到的温度相比较，如果达到设定温度则关闭加热管，如果低于设定温度则打开加热管进行加热，从而实现对反应腔室1内温度的控制；紫外灯开关10，用以控制紫外灯2的开关；加热管与电机开关11，用以控制加热管3和电机6的开启和关闭。
为达到上述目的，本发明还提供了一种利用所述的装置对纳米图形进行紫外清洗的方法，该方法包括：步骤1：将带有光刻胶图形的硅片固定在紫外清洗装置的托盘上；步骤2：对装置抽真空，待装置抽真空结束后，向装置中充入氧气；步骤3：打开电源开关并设置清洗温度及时间；步骤4：打开加热管与电机，待反应腔室内达到设置的清洗温度后，打开紫外灯，此时清洗时间开始计时；步骤5：计时完成，清洗过程结束，取出硅片。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，与现有技术相比本发明的优点是：
1、由于通入氧气，提高了反应腔室的氧气浓度，所以在紫外线照射下会产生密度更大的臭氧，进而能够彻底去除残留在纳米图形上的高分子聚合物；反应温度和反应速度呈正相关，控制反应腔室温度可以控制原子氧对于高分子聚合物的清洗程度；在承载硅片的托盘下装有旋转的电机，通过对硅片进行旋转来进行加热和紫外辐射，从而使硅片受到均匀的热管加热和紫外辐射，进而使清洗效果相对均匀。
2、如果将紫外清洗作为下一代半导体新型绿色清洗，不仅减少了有机溶剂的大量使用、保护了环境、降低对能源的消耗，而且符合ITRS的发展趋势。因此无论从环保问题还是经济效益来说，紫外清洗都有良好的发展和应用前景。同时本发明也为半导体22纳米及以下工艺的清洗过程提供了一种前瞻性方法。
附图说明
图1是本发明提供的对纳米图形进行紫外清洗的装置的结构示意图。
图2是利用图1所述装置对纳米图形进行紫外清洗的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
下面先介绍本发明的实现原理。在CMOS工艺进入22ns节点以后，尚没有较好的方法去除胶在电子束光刻后出现的高分子聚合物，空气中的氧气分子在吸收了紫外光后也会产生臭氧和原子氧，臭氧在不同波段的紫外照射下又分解为原子氧和氧气，其中原子氧是极活泼的，在它作用下，纳米图形上由碳和碳氢化合物构成的高分子聚合物可被分解为可挥发的气体。本发明通过控制紫外线的强度和照射时间以及控制硅片的表面温度，从而在不损伤原光刻图形的基础上，对残留在纳米图形上的高分子聚合物进行高效的清除。
基于上述实现原理，图1示出了本发明提供的对纳米图形进行紫外清洗的装置的结构示意图，该装置包括反应腔室1、设置于腔室1内部顶端的紫外灯2、设置于腔室1内部用来固定待清洗硅片5的托盘4、设置于托盘4下方的加热管3、设置于腔室1底部且连接于托盘4用来带动托盘4转动使硅片清洗均匀的电机6，以及反应腔室1外部的控制面板，在该控制面板上设置有温度显示窗口7、定时装置8、温度控制装置9、紫外灯开关10及加热管与电机开关11。
其中，反应腔室1为隔热腔室，反应腔室1与该装置的外壳之间使用石棉隔开。在反应腔室1的一侧，设置有抽真空孔和充氧气孔，抽真空孔通过抽真空导管与外部抽真空装置连通，充氧气孔通过充氧气导管与外部氧源连通。反应腔室1提供了一个密闭的清洗空间，反应生成的杂质可以通过对该反应腔室1抽真空孔而排出。在利用本发明提供的该对纳米图形进行紫外清洗的装置对纳米图形进行紫外清洗时，需要先通过抽真空孔将反应腔室1内部抽为真空，然后再通过充氧气孔向反应腔室1内部充入氧气。
在该控制面板上设置有温度显示窗口7、定时装置8、温度控制装置9、紫外灯开关10及加热管与电机开关11，其中：温度显示窗口7，用以显示反应时反应腔室1的温度；定时装置8，用于在设定的时间结束时启动紫外灯开关10和加热管与电机开关11，关闭紫外灯2、加热管3与电机6；温度控制控制装置9，用于设定反应腔室的温度，通过与反应腔室内安装的热电偶测量得到的温度相比较，如果达到设定温度则关闭加热管，如果低于设定温度则打开加热管进行加热，从而实现对反应腔室1内温度的控制；紫外灯开关10，用以控制紫外灯2的开关；加热管与电机开关11，用以控制加热管3和电机6的开启和关闭。
紫外灯2提供了清洗硅片的能量来源。托盘4连接于电机6，用于让固定在托盘4上的待清洗硅片5在紫外灯2下旋转，从而提高清洗的均匀性。加热管3用以控制待清洗硅片5表面的反应温度，从而控制反应速率。
紫外灯2可以采用一个或多个紫外灯管，若是采用多个紫外灯管，可将该多个紫外灯管并排设置于反应腔室1内部的顶端。托盘4与反应腔室1底部的电机6相连接，且托盘4的尺寸可以为2寸、4寸、8寸或12寸等。加热管3可以采用环形石英管，且该环形石英管与温度控制装置9相连，以控制反应腔室1内部的温度。
基于图1所示的对纳米图形进行紫外清洗的装置，下面进一步说明本发明利用该装置对纳米图形进行紫外清洗的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：将带有光刻胶图形的硅片固定在紫外清洗装置的托盘上；
步骤2：对装置抽真空，待装置抽真空结束后，向装置中充入氧气；
步骤3：打开电源开关并设置清洗温度及时间；
步骤4：打开加热管与电机，待反应腔室内达到设置的清洗温度后，打开紫外灯，此时清洗时间开始计时；
步骤5：计时完成，清洗过程结束，取出硅片。在步骤5中，计时时间，即紫外灯开启时间，视具体清洗材料而定，以彻底清除为止。
在本发明中，空气中的氧气分子在吸收了紫外光后会产生臭氧和原子氧，臭氧在不同波段的紫外照射下又分解为原子氧和氧气，其中原子氧是极活泼的，在它作用下，纳米图形上由碳和碳氢化合物构成的高分子聚合物可被分解为可挥发的气体。本发明通过控制紫外线的强度和照射时间以及控制硅片的表面温度，从而在不损伤原光刻图形的基础上，对残留在纳米图形上的高分子聚合物进行高效的清除，能够彻底去除残留在纳米图形上的高分子聚合物。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，该装置包括：
反应腔室(1)；
设置于腔室(1)内部顶端的紫外灯(2)；
设置于腔室(1)内部用来固定待清洗硅片(5)的托盘(4)；
设置于托盘(4)下方的加热管(3)；
设置于腔室(1)底部且连接于托盘(4)用来带动托盘(4)转动使硅片清洗均匀的电机(6)；以及
反应腔室(1)外部的控制面板。
2.根据权利要求1所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，所述反应腔室(1)为隔热腔室，反应腔室(1)与该装置的外壳之间使用石棉隔开。
3.根据权利要求2所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，在所述反应腔室(1)的一侧，设置有抽真空孔和充氧气孔，抽真空孔通过抽真空导管与外部抽真空装置连通，充氧气孔通过充氧气导管与外部氧源连通。
4.根据权利要求3所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，所述反应腔室(1)提供了一个密闭的清洗空间，反应生成的杂质通过对该反应腔室(1)抽真空孔而排出；在使用该装置对纳米图形进行紫外清洗时，是先通过抽真空孔将反应腔室(1)内部抽为真空，然后再通过充氧气孔向反应腔室(1)内部充入氧气。
5.根据权利要求1所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，所述紫外灯(2)用于提供清洗硅片的能量来源，采用一个或多个紫外灯管。
6.根据权利要求5所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，若是采用多个紫外灯管，将该多个紫外灯管并排设置于反应腔室(1)内部的顶端。
7.根据权利要求1所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，所述托盘(4)连接于电机(6)，用于让固定在托盘(4)上的待清洗硅片(5)在紫外灯(2)下旋转，从而提高清洗的均匀性。
8.根据权利要求7所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，所述托盘(4)的尺寸为2寸、4寸、8寸或12寸。
9.根据权利要求1所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，所述加热管(3)用以控制待清洗硅片(5)表面的反应温度，从而控制反应速率。
10.根据权利要求9所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，所述加热管(3)采用环形石英管，且该环形石英管与温度控制装置(9)相连，以控制反应腔室(1)内部的温度。
11.根据权利要求1所述的对纳米图形进行紫外清洗的装置，其特征在于，在该控制面板上设置有温度显示窗口(7)、定时装置(8)、温度控制装置(9)、紫外灯开关(10)及加热管与电机开关(11)，其中：
温度显示窗口(7)，用以显示反应时反应腔室(1)的温度；
定时装置(8)，用于在设定的时间结束时启动紫外灯开关(10)和加热管与电机开关(11)，关闭紫外灯(2)、加热管(3)与电机(6)；
温度控制控制装置(9)，用于设定反应腔室的温度，通过与反应腔室内安装的热电偶测量得到的温度相比较，如果达到设定温度则关闭加热管，如果低于设定温度则打开加热管进行加热，从而实现对反应腔室(1)内温度的控制；
紫外灯开关(10)，用以控制紫外灯(2)的开关；
加热管与电机开关(11)，用以控制加热管(3)和电机(6)的开启和关闭。
12.一种利用权利要求1至11中任一项所述的装置对纳米图形进行紫外清洗的方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：将带有光刻胶图形的硅片固定在紫外清洗装置的托盘上；
步骤2：对装置抽真空，待装置抽真空结束后，向装置中充入氧气；
步骤3：打开电源开关并设置清洗温度及时间；
步骤4：打开加热管与电机，待反应腔室内达到设置的清洗温度后，打开紫外灯，此时清洗时间开始计时；
步骤5：计时完成，清洗过程结束，取出硅片。
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