CN103047839A - 一种半导体硅片干燥装置及干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体硅片干燥装置及干燥方法，用于去除半导体硅片表面清洗后以及半导体硅片深槽型结构内部的残留液体。半导体硅片干燥装置包括机械手臂传动装置，风刀以及压缩气体供应装置。风刀包括进风口和出风口，其出风口倾斜向下；机械手臂传动装置带动安装于其上的风刀运动至半导体硅片上方并使风刀的出风口与半导体硅片相对；压缩气体供应装置安装在机械手臂传动装置内部且与风刀的进风口连接以提供压缩气体。本发明可以有效去除半导体硅片表面清洗后残余液体，另一方面更能够同时清除半导体硅片深槽型结构内部的残留液体。

Description

一种半导体硅片干燥装置及干燥方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体硅片干燥装置及干燥方法。

背景技术

随着集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积正变得越来越小，这也导致了非常微小的颗粒也足以影响半导体器件的制造和性能。因此，需要采用硅片清洗工艺以去除这些颗粒。在清洗工艺完成后，硅片表面残留了一定的液体，需要将硅片进行干燥处理后方可进行后续的工艺。如果干燥的效果不彻底，残留的液体在后续工艺中将带来不同程度的缺陷，严重时可能会导致电性能的失效，因此硅片的干燥对于清洗工艺来说是十分重要的。

在传统的单片式硅片清洗设备中，硅片的干燥方式通常是：将硅片放置在旋转平台上高速旋转，辅以上方小流量小范围的氮气喷头吹扫，利用离心力将硅片表面的液体甩出。这种方式会带来两个明显的问题：

1、硅片旋转过程中，在离心力的作用下，大部分液体迅速聚集到了硅片的边缘，一部分液体被甩离硅片表面。但同时由于液体与硅片表面存在表面张力，硅片表面形成了一层水膜，因此仍有一部分液体容易残留在硅片表面而未被甩出，这种现象在硅片边缘尤为突出。

2、随着半导体制造工艺的发展，器件的线宽将变得更小，出现了很多深槽型结构。在对这些深槽型结构进行清洗工艺后，液体很容易残留在槽内，仅靠离心力的作用很难将其彻底从槽内剥离出来。

如果想要解决所述两个问题，可以增加干燥时间和提高硅片转速。但是干燥时间的增加将严重损失机台的产出和效率，且单纯增加干燥时间对于问题2的解决效果并不明显。而硅片转速的提高必须在一定限度内，否则硅片将因为高速旋转带来的应力影响而导致碎片率的增加，并且过于高速的旋转对于机械部件如马达，轴承等部件也将带来严重损耗。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种半导体硅片干燥装置，不仅能够有效去除硅片表面特别是边缘残留液体，更能解决深槽型结构内残留液体难以去除的问题。

为达成所述目的，本发明提供一种半导体硅片干燥装置，用于对清洗后的半导体硅片进行干燥，包括机械手臂传动装置；风刀，安装于所述机械手臂传动装置，其包括进风口和出风口，所述风刀的出风口倾斜向下；所述机械手臂传动装置带动所述风刀运动至承载所述半导体硅片并高速旋转的硅片承载平台上方并使所述风刀的出风口与所述半导体硅片相对；以及压缩气体供应装置，安装在所述机械手臂传动装置内部，与所述风刀的进风口连接以向所述风刀提供压缩气体。

根据本发明的半导体硅片干燥装置，所述机械手臂传动装置包括机械手臂及控制所述机械手臂运动的伺服电机，所述机械手臂包括位于所述硅片承载平台一侧的支撑臂以及位于所述硅片承载平台上方并与其平行的伸出臂；所述风刀安装于所述伸出臂末端。

根据本发明的半导体硅片干燥装置，所述压缩气体供应装置包括压缩气体管路以及压缩气体电磁阀，所述压缩气体电磁阀安装在所述压缩气体管路上，用以控制所述压缩气体管路输送压缩气体至所述风刀的进风口。

优选的，所述风刀的出风口为狭缝型。

优选的，所述风刀的出风口的长度为所述半导体硅片半径的1.5至3倍。

优选的，所述机械手臂传动装置带动所述风刀运动至所述硅片承载台上方且使所述风刀的出风口超出所述半导体硅片的边缘。

优选的，所述风刀的出风口倾斜向下与所述半导体硅片表面形成夹角，所述夹角范围为10至80度。

优选的，所述风刀的出风口的出风方向与所述半导体硅片的旋转方向相反。

优选的，所述风刀的材料为不锈钢，且表面涂有防腐蚀层。

优选的，所述压缩气体的压缩比为1至10，压力范围为0.1至1MPa。

本发明还提供了一种半导体硅片干燥方法，用于对清洗后的半导体硅片进行干燥，包括以下步骤：

完成所述半导体硅片清洗后，保持承载所述半导体硅片的硅片承载平台高速旋转，将装有风刀的机械手臂移动至所述硅片承载平台上方并使所述风刀的出风口与所述半导体硅片相对；

向所述风刀的进风口输入压缩气体，所述压缩气体自所述风刀的出风口以气流薄片且以一定倾斜角度吹向所述半导体硅片表面，以对所述半导体硅片进行干燥。

优选的，所述半导体硅片干燥方法还包括对所述半导体硅片完成干燥后，停止输入所述压缩气体，控制所述机械手臂回到原位。

优选的，通过打开压缩气体阀门并通过压缩气体管路向所述风刀的进风口输入所述压缩气体；通过关闭所述压缩气体阀门停止向所述风刀的进风口输入所述压缩气体。

优选的，所述压缩气体自所述风刀的出风口以与所述半导体硅片旋转方向相反的方向吹向所述半导体硅片表面。

优选的，所述风刀的出风口为狭缝型；所述风刀的出风口倾斜向下与所述半导体硅片表面形成夹角，所述夹角范围为10至80度。

优选的，完成所述半导体硅片清洗后，将装有风刀的机械手臂移动至所述硅片承载平台上方并使所述风刀的出风口超出所述半导体硅片的边缘。

优选的，所述风刀的出风口的长度为所述半导体硅片半径的1.5至3倍。

优选的，所述压缩气体的压缩比为1至10，压力范围为0.1至1MPa。

本发明的有益效果在于利用经风刀而产生的高压力高强度大气流的压缩气体冲击风幕对于硅片表面残留液体的切割力，以及高压压缩气体产生的负压效应，可以有效地解决硅片干燥过程中，残留在硅片表面特别是边缘以及深槽型结构内的残留液体难以去除的问题。

附图说明

图1为本发明实施例半导体硅片干燥装置的结构示意图。

图2为本发明实施例半导体硅片干燥装置对硅片进行干燥的俯视图。

图3为本发明实施例半导体硅片干燥装置对硅片表面进行干燥的示意图。

图4为本发明实施例半导体硅片干燥装置对硅片深槽型结构进行干燥的示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

首先，请参考图1，其显示本发明半导体硅片干燥装置的结构示意图。

半导体硅片干燥装置10用于对清洗后的半导体硅片进行干燥。其中，半导体硅片1是通过硅片固定脚4固定于硅片承载平台2上。硅片承载平台2的直径例如为8英寸至12英寸，可以放置1枚半导体硅片，则半导体硅片的尺寸为8英寸至12英寸。硅片承载平台2固定在平台基座2上，平台基座2内具有传动机构。在清洗半导体硅片时，传动机构控制硅片承载平台2高速旋转从而带动半导体硅片1高速旋转，同时通过喷洒化学药液或去离子水进行清洗工艺。硅片承载平台2的旋转速度可达100rpm至2000rpm。硅片固定4脚的数量为4至10个，硅片固定脚4的材料可为耐腐蚀的工程材料例如为特氟龙。

半导体硅片干燥装置10包括机械手臂传动装置12，风刀11以及压缩气体供应装置13。

机械手臂传动装置12包括机械手臂及控制机械手臂运动的伺服电机。其中机械手臂包括位于硅片承载平台2一侧的支撑臂，其垂直地面以起到支撑作用；以及与支撑臂相连的位于硅片承载平台2上方并与其平行的伸出臂。通过伺服电机的控制，机械手臂可整体前后行进。

风刀11包括进风口和出风口，安装于机械手臂传动装置12，具体的是安装于伸出臂的末端，也与硅片承载平台2保持平行。机械手臂传动装置12能够带动11风刀运动至硅片承载平台2的上方并使风刀11的出风口与半导体硅片1相对，从而进行硅片干燥。风刀11出风口倾斜向下，与半导体硅片1形成夹角，如此，可以获得较好的去除半导体硅片1表面上的水滴的效果。较佳的，风刀11出风口与半导体硅片1的夹角范围为10度至80度。

压缩气体供应装置13安装在机械手臂传动装置12内部，与风刀11的进风口连接以向风刀11提供压缩气体。压缩气体供应装置13包括压缩气体管路131以及压缩气体电磁阀132，压缩气体电磁阀132安装在压缩气体管路131上，用以控制压缩气体管路131输送压缩气体至风刀11的进风口。

较佳的，风刀11的出风口为狭缝型，因此，本发明的风刀11利用了空气动力学中的科恩达效应原理，压缩气体进入风刀11后，将以气流薄片的形式从出风口高速吹出，此薄片风幕最大甚至可30～40倍的环境空气，而形成一面薄薄的高强度、高压力、大气流的冲击风幕，从而能够快速高效地实现半导体硅片1的干燥。其中，为满足硅片工艺环境要求，在本实施例中，压缩气体为压缩氮气，压缩氮气的压缩比为1至10，压力范围为0.1至1MPa。

为了使半导体硅片1边缘残留的液体能够被去除，风刀11出风口的实际有效长度应在半导体硅片半径的1.5至3倍之间，并且在进行干燥时风刀11的出风口应当超出硅片边缘，如图2所示，也即是出风口至少有一部分位于半导体硅片边缘之外，以确保气体能够吹向半导体硅片1的边缘，这样即使是在硅片边缘的水分也能够很容易被切除掉。在本发明的一实施中，风刀11为“全气流”设计，即风刀长度与风刀出风口吹出风幕的长度完全一样，风刀11可按需组合为需要的长度，因此可对于不同尺寸的硅片清洗腔设计选择不同长度的风刀。此外，风刀11采用压缩气体驱动，耗气量只有传统吹气管的1/5，内部无任何磨损件，使用寿命长（可长达10年以上）且无需使用电力。优选的，风刀11的材质为不锈钢，且表面涂有防腐蚀层。不锈钢风刀可用于高温及高腐蚀环境及防爆环境下使用，完全可以适应硅片清洗工艺腔的环境，具有广泛的应用性。

在本发明的较佳实施例中，风刀11的出风口的出风方向与半导体硅片1的旋转方向相反，因此可以显著提高压缩气体和半导体硅片1表面的相对速度，从而可以有效提升硅片1的干燥效率。

此外，本发明还提供了一种半导体硅片干燥方法。

以下先简述半导体硅片1的清洗工艺。清洗工艺包括通过外部机械臂将半导体硅片1放到硅片承载平台2上，用硅片固定脚4将半导体硅片1固定在硅片承载平台2上使其无法移动，由支撑硅片承载平台2的平台基座3内的传动机构带动硅片承载平台2开始旋转，半导体硅片1也随之旋转。当旋转速度到达工艺要求时，开始喷洒药液和去离子水进行清洗工艺。清洗工艺完成后，药液和去离子水的喷洒停止。

以下将详述半导体硅片干燥装置10对清洗后的半导体硅片1进行干燥的具体工作方式。

首先，清洗完成后，保持硅片承载平台2高速旋转，将装有风刀1的机械手臂移动至硅片承载平台2上方并使风刀11的出风口与半导体硅片1相对。

接着，通过控制回路自动开启压缩气体阀门，并通过压缩气体管路向风刀11的进风口输入压缩气体。其中，压缩气体可为压缩氮气，压缩气体的压缩比为1至10，压力范围为0.1至1MPa。较佳的，如图2所示，压缩气体自风刀11的出风口以与半导体硅片1旋转方向相反的方向吹向半导体硅片1的表面，因此可以显著提高压缩气体和半导体硅片1表面的相对速度，从而可以有效提升硅片1的干燥效率。由于风刀11的出口为狭缝型且倾斜向下与半导体硅片1表面呈10至80度夹角，压缩气体进入风刀11后，将以气流薄片的形式从出风口以一定倾斜角度高速吹向半导体硅片1表面，由于此薄片风幕最大可至30到40倍环境空气，从而形成一面薄薄的高强度，高压力，大气流冲击幕。如图3所示，由于风刀11的出风口与半导体硅片1表面呈倾斜夹角，气流产生一股“切水”的力，有助于破坏液体A与硅片1表面的张力，将液体A切除。请参考图4，对于具有深槽型结构5的半导体硅片，液体A残留在深槽型结构5中难以去除。风刀11的出风口吹出的高压压缩气体通过半导体硅片1表面时，由于空气动力学原理，在硅片1表面附近产生了一个负压区域B，此时深槽型结构5中的液体A被“吸”出带走，使得半导体硅片1容易实现干燥。

之后，半导体硅片1转速逐渐降低直至停止，干燥完毕后，压缩气体阀门自动关闭，风刀11停止吹风，机械手臂回到原位，最终完成全部干燥工艺。通过外部机械手去除干燥后的半导体硅片，再放入另一枚硅片进行清洗和干燥工艺。

综上所述，本发明所提出的半导体硅片干燥装置及方法，利用经风刀而产生的高压力高强度大气流的压缩气体冲击风幕对于硅片表面残留液体的切割力，以及高压压缩气体产生的负压效应，可以有效地解决硅片干燥过程中，残留在硅片表面特别是边缘以及深槽型结构内的残留液体难以去除的问题。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (18)

1.一种半导体硅片干燥装置，用于对清洗后的半导体硅片进行干燥，其特征在于，包括：

机械手臂传动装置；

风刀，安装于所述机械手臂传动装置，其包括进风口和出风口，所述风刀的出风口倾斜向下；所述机械手臂传动装置带动所述风刀运动至承载所述半导体硅片并高速旋转的硅片承载平台上方并使所述风刀的出风口与所述半导体硅片相对；以及

压缩气体供应装置，安装在所述机械手臂传动装置内部，与所述风刀的进风口连接以向所述风刀提供压缩气体。

2.根据权利要求1所述的半导体硅片干燥装置，其特征在于，所述机械手臂传动装置包括机械手臂及控制所述机械手臂运动的伺服电机，所述机械手臂包括位于所述硅片承载平台一侧的支撑臂以及位于所述硅片承载平台上方并与其平行的伸出臂；所述风刀安装于所述伸出臂末端。

3.根据权利要求1所述的半导体硅片干燥装置，其特征在于，所述压缩气体供应装置包括压缩气体管路以及压缩气体电磁阀，所述压缩气体电磁阀安装在所述压缩气体管路上，用以控制所述压缩气体管路输送压缩气体至所述风刀的进风口。

4.根据权利要求1所述的半导体硅片干燥装置，其特征在于，所述风刀的出风口为狭缝型。

5.根据权利要求1所述的半导体硅片干燥装置，其特征在于，所述风刀的出风口的长度为所述半导体硅片半径的1.5至3倍。

6.根据权利要求5所述的半导体硅片干燥装置，其特征在于，所述机械手臂传动装置带动所述风刀运动至所述硅片承载台上方且使所述风刀的出风口超出所述半导体硅片的边缘。

7.根据权利要求4所述的半导体硅片干燥装置，其特征在于，所述风刀的出风口倾斜向下与所述半导体硅片表面形成夹角，所述夹角范围为10至80度。

8.根据权利要求1所述的半导体硅片干燥装置，其特征在于，所述风刀的出风口的出风方向与所述半导体硅片的旋转方向相反。

9.根据权利要求1所述的半导体硅片干燥装置，其特征在于，所述风刀的材料为不锈钢，且表面涂有防腐蚀层。

10.根据权利要求1所述的半导体硅片干燥装置，其特征在于，所述压缩气体的压缩比为1至10，压力范围为0.1至1MPa。

11.一种半导体硅片干燥方法，用于对清洗后的半导体硅片进行干燥，其特征在于，包括以下步骤：

完成所述半导体硅片清洗后，保持承载所述半导体硅片的硅片承载平台高速旋转，将装有风刀的机械手臂移动至所述硅片承载平台上方并使所述风刀的出风口与所述半导体硅片相对；

向所述风刀的进风口输入压缩气体，所述压缩气体自所述风刀的出风口以气流薄片且以一定倾斜角度吹向所述半导体硅片表面，以对所述半导体硅片进行干燥。

12.根据权利要求11所述半导体硅片干燥方法，其特征在于，还包括对所述半导体硅片完成干燥后，停止输入所述压缩气体，控制所述机械手臂回到原位。

13.根据权利要求11所述半导体硅片干燥方法，其特征在于，通过打开压缩气体阀门并通过压缩气体管路向所述风刀的进风口输入所述压缩气体；通过关闭所述压缩气体阀门停止向所述风刀的进风口输入压缩气体。

14.根据权利要求11所述半导体硅片干燥方法，其特征在于，所述压缩气体自所述风刀的出风口以与所述半导体硅片旋转方向相反的方向吹向所述半导体硅片表面。

15.根据权利要求11所述半导体硅片干燥方法，其特征在于，

所述风刀的出风口为狭缝型；所述风刀的出风口倾斜向下与所述半导体硅片表面形成夹角，所述夹角范围为10至80度。

16.根据权利要求11所述半导体硅片干燥方法，其特征在于，完成所述半导体硅片清洗后，将装有风刀的机械手臂移动至所述硅片承载平台上方并使所述风刀的出风口超出所述半导体硅片的边缘。

17.根据权利要求16所述半导体硅片干燥方法，其特征在于，所述风刀的出风口的长度为所述半导体硅片半径的1.5至3倍。

18.根据权利要求11所述半导体硅片干燥方法，其特征在于，所述压缩气体的压缩比为1至10，压力范围为0.1至1MPa。

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