CN103811383B - 晶圆干燥装置及其干燥方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆干燥装置，包括用于承载晶圆的旋转卡盘，所述卡盘上设有扇形区域，所述扇形区域内分布多个扇形沟槽，所述扇形沟槽内设有若干可向晶圆背面喷射干燥气体的喷射孔，每个扇形沟槽内的喷射孔独立连接供干燥气体通过的管道，所述管道上设有可控制干燥气体通过的阀，所述喷射孔的孔径从扇形区域圆心到圆弧的方向逐渐变大，且所述喷射孔向卡盘边缘的方向倾斜。本发明提供的一种晶圆干燥装置及其干燥方法，使集中在晶圆边缘的粘稠药液随着卡盘的高速旋转脱离晶圆，进一步的对晶圆边缘喷射温度较高的干燥气体，可以使残留在晶圆边缘的药液加快干燥，同时还可以改善晶圆中间薄、边缘厚的现象。

Description

晶圆干燥装置及其干燥方法
技术领域
本发明涉及半导体器件及加工制造领域，更具体地说，涉及一种晶圆干燥装置及其干燥方法。
背景技术
众所周知，湿法腐蚀和湿法清洗在很早以前就在半导体生产上被广泛接受，湿法腐蚀工艺由于其低成本、高产出、高可靠性以及其优良的选择比等优点而被广泛使用。然而，湿法腐蚀工艺在应用的过程当中也不可避免地出现了许多问题。
现有工艺中，利用喷淋臂结构喷射化学药液至旋转的晶圆表面，会与晶圆表面物质发生化学反应从而腐蚀掉晶圆表面不需要的氧化膜或者镀层膜层，晶圆边缘线性速度远大于中心位置线速度，当粘稠化学药液从喷淋臂沿晶圆径向方向均匀垂直喷射到晶圆表面时，容易发生粘稠化学药液流淌到晶圆背面问题，而且粘稠药液集中在晶圆的边缘位置，因此晶圆的背面干燥存在一定困难，同时，晶圆表面很容易出现中间薄，边缘厚的凹陷结构，而腐蚀均匀性差会严重影响晶圆质量。因此，解决晶圆背面被污染的问题成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆干燥装置及其干燥方法，从而解决晶圆背面被污染的问题。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种晶圆干燥装置，包括用于承载晶圆的旋转卡盘，所述卡盘上设有扇形区域，所述扇形区域内分布多个扇形沟槽，所述扇形沟槽内设有若干可向晶圆背面喷射干燥气体的喷射孔，每个扇形沟槽内的喷射孔独立连接供干燥气体通过的管道，所述管道上设有可控制干燥气体通过的阀，所述喷射孔的孔径从扇形区域圆心到圆弧的方向逐渐变大，且所述喷射孔向卡盘边缘的方向倾斜，所述每个扇区的喷射孔连接两路管道，两路管道上分别设有可控制干燥气体通过的阀，其中一管道上的阀用于控制热干燥气体，另一管道上的阀用于控制冷干燥气体；其中，所述热干燥气体通过的流量恒定，所述冷干燥气体通过的流量按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变小，通过调配冷气体与热气体的配比，从而使喷射孔喷射干燥气体的温度按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐增高，使集中于晶圆背面边缘的药液加快干燥，并改善晶圆中间薄、边缘厚的现象。
优选的，所述扇形沟槽内的喷射孔均匀分布。
优选的，所述管道上设有温控单元，所述温控单元包括温度传感器、阵列式加热丝和控制模块，所述温度传感器和阵列式加热丝分别与控制模块相连；所述温度传感器用于收集经过管道内的气体温度；所述阵列式加热丝包覆在所述管道外壁，以便热传递至管道内的气体；所述控制模块根据收集到的温度相应发出控制指令,控制温控传感器或/和阵列式加热丝的工作状态。
优选的，所述卡盘下方设有用于驱动卡盘旋转的驱动轴。
优选的，喷射孔向卡盘边缘的方向倾斜30°～60°。
优选的，所述卡盘的上方设有用于向晶圆正面喷射药液的喷淋臂。
本发明还提供一种晶圆干燥方法，包括以下步骤：
步骤一S1：提供待干燥的半导体晶圆；
步骤二S2：对晶圆背面进行气体干燥，如上述所述的喷射孔喷射干燥气体的温度按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐增高；其中，每个扇形沟槽包括两路管道，第一管道上的阀用于控制热干燥气体，第二管道上的阀用于控制冷干燥气体；其中，所述热干燥气体通过的流量恒定，所述冷干燥气体通过的流量按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变小；
步骤三S3：关闭管道上的阀，完成晶圆表面腐蚀均匀。
优选的，所述步骤二S2还包括：预设喷射气体通过每个扇形沟槽的时间，对晶圆背面喷射气体的时间按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变长；或/和预设喷射液体通过每个扇区管道的流量，对晶圆背面喷射气体的流量按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变大。
本发明提供的一种晶圆干燥装置及其干燥方法，通过在旋转卡盘上设置梯度状孔径的喷射孔且喷射孔向卡盘边缘的方向倾斜，使集中在晶圆边缘的粘稠药液随着卡盘的高速旋转脱离晶圆，进一步的对晶圆边缘喷射温度较高的干燥气体，可以使残留在晶圆边缘的药液加快干燥，同时还可以改善晶圆中间薄、边缘厚的现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例晶圆干燥装置中卡盘的结构示意图；
图2为本发明一实施例晶圆干燥装置的结构示意图；
图3为本发明一实施例晶圆干燥装置的原理图。
图中标号说明如下：
1、晶圆，2、卡盘，3、扇形区域，4、扇形沟槽，5、喷射孔，6、阀，7、管道，8、驱动轴。
具体实施方式
下面结合图1至图3对本发明中的一种晶圆干燥装置及其干燥方法作进一步的说明：
实施例一：
如图1、图2所示，本发明提供一种晶圆干燥装置，包括用于承载晶圆1的旋转卡盘2，卡盘2下方连接用于驱动卡盘2旋转的驱动轴8，所述卡盘2的上方设有用于向晶圆1正面喷射药液的喷淋臂，所述卡盘2上设有扇形区域3，所述扇形区域3内分布多个扇形沟槽4，所述扇形沟槽4内设有若干可向晶圆1背面喷射干燥气体的喷射孔5，每个扇形沟槽4内的喷射孔5独立连接供干燥气体通过的管道，所述管道上设有可控制干燥气体通过的阀，所述喷射孔5的孔径从扇形区域3圆心到圆弧的方向逐渐变大，且所述喷射孔5向卡盘2边缘的方向倾斜。
所述晶圆1的上方设有喷淋臂，通过喷淋臂喷射化学药液至旋转的晶圆表面，晶圆边缘线性速度远大于中心位置线速度，当粘稠化学药液从喷淋臂沿晶圆径向方向均匀垂直喷射到晶圆表面时，容易发生粘稠化学药液流淌到晶圆背面问题，而且粘稠药液集中在晶圆的边缘位置，因此通过改变喷射孔5的孔径和倾斜角度使喷射孔5内吹出的干燥气体更集中于晶圆1背面的边缘，所述干燥气体优选为氮气，在晶圆自身高速旋转的情况下，残留药液可随着晶圆高速旋转，脱离晶圆本体，同时该装置还可以改善晶圆中间薄、边缘厚的现象。
如图1所示，所述每个扇形沟槽4内的喷射孔5均匀分布，喷射孔5向卡盘2边缘的方向倾斜30°～60°，即喷射孔5与垂直面的夹角为30°～60°，优选为45°；所述管道上设有温控单元(图中未示出)，所述温控单元包括温度传感器、阵列式加热丝和控制模块，所述温度传感器和阵列式加热丝分别与控制模块相连；所述温度传感器用于收集经过管道内的气体温度；所述阵列式加热丝包覆在所述管道外壁，所述管道优选为不锈钢管道，以便热传递至管道内的气体；所述控制模块根据收集到的温度相应发出控制指令,控制温控传感器或/阵列式加热丝的工作状态。
实施例二：
请参考图3，在实施例一的基础上，与实施例一不同的是，所述每个扇形沟槽4中的喷射孔5连接两路管道7，两路管道7上分别设有可控制干燥气体通过的阀6。其中一管道7上的阀6用于控制热干燥气体，另一管道7上的阀6用于控制冷干燥气体；其中，所述热干燥气体通过的流量恒定，所述冷干燥气体通过的流量按照扇形区域3从圆心到圆弧的方向逐渐变小。
本实施例中，通过调配冷气体与热气体的配比，从而使喷射孔5喷射干燥气体的温度按照扇形区域3从圆心到圆弧的方向逐渐增高，使集中于晶圆背面边缘的药液加快干燥。
本发明还提供一种晶圆干燥方法，包括以下步骤：
步骤一S1：提供待干燥的半导体晶圆1；
步骤二S2：对晶圆1背面进行气体干燥，如上述所述的喷射孔5喷射干燥气体的温度按照扇形区域3从圆心到圆弧的方向逐渐增高；
步骤三S3：关闭管道上的阀，完成晶圆表面腐蚀均匀。
通过对晶圆边缘喷射温度较高的干燥气体，可以加快残留在晶圆边缘的药液，同时还可以改善晶圆中间薄、边缘厚的现象
为了更好的提高本发明的干燥效果，所述步骤二S2中每个扇形沟槽4包括两路管道7，其中一管道7上的阀6用于控制热干燥气体，另一管道7上的阀6用于控制冷干燥气体；其中，所述热干燥气体通过的流量恒定，所述冷干燥气体通过的流量按照扇形区域3从圆心到圆弧的方向逐渐变小。
本发明还可通过预设干燥气体经过管道的时间解决晶圆背面被污染的问题，使对晶圆背面喷射气体的时间按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变长；还可通过预设喷射气体通过每个扇区管道的流量，对晶圆背面喷射气体的流量按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变大。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种晶圆干燥装置，包括用于承载晶圆的旋转卡盘，其特征在于，所述卡盘上设有扇形区域，所述扇形区域内分布多个扇形沟槽，所述扇形沟槽内设有若干可向晶圆背面喷射干燥气体的喷射孔，每个扇形沟槽内的喷射孔独立连接供干燥气体通过的管道，所述管道上设有可控制干燥气体通过的阀，所述喷射孔的孔径从扇形区域圆心到圆弧的方向逐渐变大，且所述喷射孔向卡盘边缘的方向倾斜，所述每个扇形沟槽中的喷射孔连接两路管道，两路管道上分别设有可控制干燥气体通过的阀，其中一管道上的阀用于控制热干燥气体，另一管道上的阀用于控制冷干燥气体；其中，所述热干燥气体通过的流量恒定，所述冷干燥气体通过的流量按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变小，通过调配冷气体与热气体的配比，从而使喷射孔喷射干燥气体的温度按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐增高，使集中于晶圆背面边缘的药液加快干燥，并改善晶圆中间薄、边缘厚的现象。
2.根据权利要求1所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述扇形沟槽内的喷射孔均匀分布。
3.根据权利要求1所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述管道上设有温控单元,所述温控单元包括温度传感器、阵列式加热丝和控制模块，所述温度传感器和阵列式加热丝分别与控制模块相连；
所述温度传感器用于收集经过管道内的气体温度；
所述阵列式加热丝包覆在所述管道外壁，以便热传递至管道内的气体；
所述控制模块根据收集到的温度相应发出控制指令,控制温控传感器或/
和阵列式加热丝的工作状态。
4.根据权利要求1所述的晶圆干燥装置，其特征在于，喷射孔向卡盘边缘的方向倾斜30°～60°。
5.根据权利要求1～4任一所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述卡盘下方连接用于驱动卡盘旋转的驱动轴。
6.根据权利要求1～4任一所述的晶圆干燥装置，其特征在于，所述卡盘的上方设有用于向晶圆正面喷射药液的喷淋臂。
7.一种晶圆干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一S1：提供待干燥的半导体晶圆；
步骤二S2：对晶圆背面进行气体干燥，如权利要求1～6任一所述的喷射孔喷射干燥气体的温度按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐增高；其中，每个扇形沟槽包括两路管道，第一管道上的阀用于控制热干燥气体，第二管道上的阀用于控制冷干燥气体；其中，所述热干燥气体通过的流量恒定，所述冷干燥气体通过的流量按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变小；
步骤三S3：关闭管道上的阀，完成晶圆表面腐蚀均匀。
8.根据权利要求7所述的晶圆干燥方法，其特征在于，所述步骤二S2还包括：预设喷射气体通过每个扇形沟槽的时间，对晶圆背面喷射气体的时间按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变长；或/和预设喷射液体通过每个扇区管道的流量，对晶圆背面喷射气体的流量按照扇形区域从圆心到圆弧的方向逐渐变大。
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