CN109390256A - 一种晶圆烘烤装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆烘烤装置及方法。所述晶圆烘烤装置包括烘烤腔室；第一烘烤部，设置在所述烘烤腔室内的下部；其中，所述晶圆烘烤装置还包括：第二烘烤部，设置在所述烘烤腔室内的上部；被配置成穿过所述第一烘烤部的升降单元，用于提升或降低平放于所述升降单元上的所述晶圆的高度；升降单元驱动装置，用于驱动所述升降单元进行垂直移动。本发明的装置结构简单，容易通过对已有的晶圆烘烤装置简单改造而获得。用本发明的方法烘烤的晶圆受热均匀，大大减少了因受热不均匀而带来的缺陷。

Description

一种晶圆烘烤装置及方法
技术领域
本发明涉及一种晶圆烘烤装置及方法。
背景技术
目前的晶圆的制备方法中，晶圆受制程中应力的影响会发生形变，导致晶圆翘曲。
根据制程需要，通常需要对晶圆进行烘烤。然而，即便肉眼看起来非常平整的晶圆，也不可避免的存在一定程度的形变翘曲，这些翘曲或体现为晶圆表面某一部分的上凸，或体现为某一部分的下凹，或者二者兼有。无论上述哪种情况，都将造成晶圆在烘烤过程中的受热不均匀。这种受热不均匀的影响在对超薄晶圆进行热处理时将体现的更为严重。
因此急需一种操作方便，低成本的晶圆烘烤装置和方法解决烘烤不均匀的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种烘烤均匀的晶圆烘烤装置及烘烤方法。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种晶圆烘烤装置，该装置包括：烘烤腔室；
第一烘烤部，设置在所述烘烤腔室内的下部；
其特征在于，所述晶圆烘烤装置还包括：
第二烘烤部，设置在所述烘烤腔室内的上部；
被配置成穿过第一烘烤部的升降单元，用于提升或降低平放于所述顶针升降单元上的所述晶圆的高度；
升降单元驱动装置，用于驱动所述升降单元进行垂直移动。
根据一种实施方式，所述升降单元降低平放于其上的所述晶圆的高度为使所述晶圆下表面接触所述第一烘烤部。
根据一种实施方式，所述升降单元提升平放于其上的所述晶圆的高度为使所述晶圆上表面贴近所述第二烘烤部。
根据具体实施方式，所述第一烘烤部和所述第二烘烤部采用选自电阻烘烤和红外烘烤的烘烤方式中的一种。优选地，所述第一烘烤部和所述第二烘烤部均采用电阻烘烤。
根据一种具体实施方式，所述第一烘烤部和所述第二烘烤部具有由金属或者陶瓷形成的板状烘烤体。优选地，所述第一烘烤部和所述第二烘烤部均具有由金属形成的板状烘烤体。
进一步地，所述第一烘烤部在所述第二烘烤部正下方。
进一步地，所述晶圆烘烤装置还包括设置于所述烘烤腔室侧壁上的至少一个开合单元，所述开合单元在烘烤过程中呈关闭状态，所述开合单元在所述晶圆进出所述烘烤腔室时为开启状态。
进一步地，所述晶圆烘烤装置还包括至少一个温度监控装置，用于监控所述第一烘烤部或/和所述第二烘烤部的温度。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种晶圆烘烤方法，所述晶圆具有相对设置的第一表面和第二表面，该方法包括：
对所述晶圆第一表面进行第一烘烤；和
对所述晶圆第二表面进行第二烘烤。
根据一种实施方式，所述第一烘烤的时间t1和所述第二烘烤的时间t2具有以下比例关系：0.8≤t1/t2≤1.25；优选地，t1/t2＝1。
进一步地，所述第一烘烤的温度T1和所述第二烘烤的温度T2相同。
根据一种实施方式，本发明提供的晶圆的烘烤方法是使用上述晶圆烘烤装置进行的。
通过使用本发明的烘烤方法及烘烤装置，可以通过简单的烘烤装置，特别地可以容易地在原有烘烤装置顶部增加烘烤部件来获得本发明的烘烤装置，从而简单地解决晶圆翘曲带来的烘烤不均匀的问题。采用本发明的烘烤方法，可以显著减少晶圆中因烘烤不均匀造成的缺陷。根据较佳实施方式，可完全消除因烘烤不均匀带来的缺陷圈。此外，本发明的方法在通常情况下不增加或基本不增加烘烤时间，也不需显著改变原烘烤温度，因此对原有晶圆制程没有限制和影响。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可以更好地理解本发明的方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于示出的目的。实际上，为了清楚的论述，各个部件的尺寸可以任意地增大或缩小。
图1为现有晶圆烘烤装置的示意图；
图2为现有晶圆烘烤装置的温度分布图；
图3为本发明晶圆烘烤装置的示意图；
图4为本发明晶圆烘烤方法示意图；
图5为本发明晶圆烘烤方法流程图；
图6为本发明对比例的烘烤方法示意图。
具体实施方式
在晶圆的制程中，根据制程需要，例如在预清洗、后清洗或蚀刻步骤中，通常需要对晶圆进行烘烤。
在烘烤之前，如果晶圆在前序工艺中发生翘曲，则晶圆在烘烤板上烘烤时，由于晶圆翘曲导致晶圆各个部分与热板接触程度不同。参见图1，晶圆W在烘烤板11上烘烤时，凹陷部分离烘烤板近，温度比晶圆其他部分高，受热膨胀进一步导致加剧凹陷程度。从而导致扭曲的晶圆烘烤过程受热不均匀。例如，以将一片300mm直径的晶圆烘烤至250℃为例，温度分布图如图2所示。由图2可见，烘烤中晶圆的温度在205.72℃～250.54℃之间变化，其中，晶圆边缘温度仅205.72℃，而晶圆中心温度可达设定烘烤温度250.54℃，晶圆边缘与中心存在达约45℃的温差。受热不均匀会导致无法达到烘烤所需的技术效果，这会严重影响后序工序。例如受热不均匀产生的严重的缺陷包括缺陷、色差、涂布不均匀和蚀刻速率不一致等，这些严重的缺陷会导致返工、甚至报废，从而导致良率不高，成本上升。
为解决烘烤不均匀带来的问题，提出通过加装真空吸附单元，将晶圆紧紧吸附在热板上，来避免晶圆翘曲导致的烘烤不均匀的问题。但这种烘烤方法具有两个缺点：
1.热板加装真空吸附功能导致成本大幅增加；
2.附加真空吸附的单元体积会大大增加，因为机台设计规则，很难满足为所有烘烤装置添加真空吸附单元。
为了解决上述问题，本发明提供了一种简单的烘烤装置和方法对晶圆进行烘烤。
为了详细阐述本发明的精神实质，下面将结合附图通过本发明的具体实施方式予以说明。应理解，以下具体实施方式仅用于说明本发明，而并不构成对本发明范围的限制。
本发明提供了一种烘烤装置。如图3所示，其中示出了本发明一种具体实施方式的烘烤装置示意图。该烘烤装置包括烘烤腔室201，用于包纳本发明的第一烘烤部21和第二烘烤部20、升降单元22和升降单元驱动装置23。
本发明中，升降单元的一个实例是顶针，也可以是任何合适支撑并保持晶圆的机构，以便将晶圆移入和移出烘烤装置。
作为一种选择，本发明的烘烤装置还可包括温度监测装置(未示出)，用于在烘烤过程中检测各烘烤部的温度，使其保持在设定温度。
烘烤腔室201包括开合单元24。开合单元24用于将晶圆送入烘烤腔室201以及在烘烤结束后从烘烤腔室201取出晶圆。
作为一种选择，本发明的烘烤装置还可以包括一个以上的开合单元。例如当本发明的烘烤装置包括一个开合单元时，该开合单元提供了晶圆进出烘烤腔室的通道。
例如，当本发明的烘烤装置包括两个开合单元时，则烘烤开始前机器手从其中的一个开合单元将晶圆送入烘烤腔室，在烘烤完成时另一个机器手从另外的一个开合单元将晶圆移出烘烤腔室。在烘烤装置上设置两个开合单元有利于衔接晶圆的上游制程和下游制程。简而言之，两个开合单元分别提供晶圆进入和离开烘烤腔室的通道。
根据一个具体实施方式，本发明中的开合单元可以是门。
第一烘烤部21可以是传统的烘烤部件，例如金属或非金属材质，诸如，嵌入有电阻丝的不锈钢或陶瓷。
第一烘烤部21的形状通常是板状。其形状没有特别限制，通常是圆形的。
第二烘烤部20可以与第一烘烤部21相同，也可以不同。
第二烘烤部可以采用与第一烘烤部相同的电阻加热的方式，例如电阻丝，也可以是红外加热的方式，例如红外灯。也可以是其他任何适宜的加热方式。
升降单元22在驱动装置23的驱动下可以带动平放于其上的晶圆沿垂直方向在烘烤腔室201中上下移动。
本发明的升降单元22至少包括3根针状支撑。通常升降单元22是3根，但不限于此。为了将晶圆平放在第一烘烤部的上表面，第一烘烤部21相应于升降单元22的部位具有通孔25，以便升降单元能够通过所述通孔垂直移动。
通过本发明对晶圆烘烤的装置，可以在满足机台设计规则的前提下，不增加烘烤单元的体积，且低成本地解决了晶圆烘烤不均匀的问题。
现在参考图4和图5来详细说明本发明的烘烤方法，其中图4是晶圆W烘烤过程的示意图，图5是晶圆W烘烤的流程图。
结合图4和图5，步骤S1为晶圆W被放置在机械手(未示出)上，并准备送入烘烤腔室201。步骤S2为晶圆W进入烘烤腔室201，且置于升降单元22上。步骤S3为升降单元22提升晶圆W以使晶圆W贴近第二烘烤部20，对晶圆的正面进行第一烘烤。步骤S4为升降单元22降低，使晶圆W平置在第一烘烤部21上，对晶圆的底面进行第二烘烤。步骤S5为升降单元22将晶圆W提升至初始位置。步骤S6为机械手将晶圆W带离烘烤腔室201，即烘烤完成。
本文所称“接触”是指，物体与物体之间彼此直接或间接地接触。如本文所述，晶圆在第一烘烤部21上进行烘烤时，晶圆与第一烘烤部之间是直接接触，也可以通过间插的层(诸如缓冲垫)而间接接触。
本文所称“贴近”是指，物体与物体之间彼此靠近而不接触的状态，即物体与物体存在一定的间隙。如本文所述，晶圆在第二烘烤部22进行烘烤时，晶圆的正面尽可能贴近第二烘烤部，而不与第二烘烤部发生任何接触，以免损坏晶圆。当然，上述烘烤顺序也可调换。即，升降单元22首先将晶圆W平放在第一烘烤部21的上表面上进行第一烘烤，然后升降单元22将晶圆W托起，升高到紧邻但不接触第二烘烤部20的下部，进行第二烘烤。
因此，本文中所说“第一表面”根据烘烤顺序，可以是晶圆的正面(也称为，上表面)也可以是背面(也称为，下表面)；同样的“第二表面”根据烘烤顺序，可以是晶圆的背面也可以是正面。本发明的方法中，第二烘烤部20的设定温度为T2。类似地，第一烘烤部21的设定温度为T1。
T1和T2根据制程需要确定，例如通常T1＝T2。
在本发明的方法中，对晶圆上表面的烘烤时间(t1)和下表面的烘烤时间(t2)可以相同也可以不同。这根据具体制程的需要来确定。也可以通过少量试验确定烘烤时间的分配。大体来说，对晶圆上表面的烘烤时间和对下表面的烘烤时间相当，或者对晶圆上表面的烘烤时间略长。因为，在本发明的方法中，对晶圆上表面的烘烤为非接触式的烘烤，而对晶圆下表面的烘烤为接触式烘烤。为了获得对晶圆整体均匀的烘烤效果，本领域技术人员可以通过若干试验来确定最佳的烘烤时间分配比。例如，0.8≤t1/t2≤1.25，优选为t1/t2＝1。
此外，本发明的烘烤总时长与常规烘烤方法中的烘烤时长相同或接近，或者在某些情况下，略长一些，本领域技术人员可以根据制程需要通过简单试验来确定最佳的总烘烤时间。
在该实施方式中，根据本发明对晶圆烘烤的方法，目检合格，良率高，满足后序制程的需要。因此，本发明的方法低成本地、高效地解决了晶圆烘烤不均匀的问题。
通过以下实施例来说明本发明的有益效果。
实施例
如图4所示的步骤，对硅晶圆W(例如，300mm(12英寸))按照本发明的方法进行烘烤。
烘烤装置如图3所示，上下烘烤部相同，均为陶瓷材质嵌入同心圆分布的电阻丝烘烤盘。设定烘烤盘温度为250℃，第一和第二烘烤的时间相同，均为30s。
对比例
用与实施例同样的晶圆，采用图1所示的装置参考图6所示的工序进行烘烤，其中，硅晶圆W置于升降单元12上(参见R1-R2)之后直接使升降单元下降，将硅晶圆W置于下部的烘烤部11上(参见R3)进行烘烤。烘烤结束后升起升降单元并由机械手取出晶圆W(参见R4-R5)。
该装置中烘烤部与实施例中的第一烘烤部相同，为陶瓷材质嵌入同心圆分布的电阻丝烘烤盘。烘烤温度为250℃，烘烤时间为60s。
目测观察以上实施例和对比例烘烤后的晶圆表面缺陷圈的情况，结果如表1所示。
表1
效果
实施例 o
对比例 ×
o：未观察到明显缺陷；
×：在半径120～140mm处，出现环状黑色缺陷圈。
以上概述了若干实施例的特征，从而使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域的技术人员应该理解，它们可以容易地将本发明用作基础，来设计或更改用于与本文中介绍的实施例执行相同的目的和/或实现相同的优势的其他方法和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等效构造不背离本发明的精神和范围，且在不背离本发明的精神和范围的情况下，他们可以对本发明做出各种变化、替换和修改。

Claims (13)

1.一种晶圆烘烤装置，包括：烘烤腔室；
第一烘烤部，设置在所述烘烤腔室内的下部；
其特征在于，所述晶圆烘烤装置还包括：
第二烘烤部，设置在所述烘烤腔室内的上部；
被配置成穿过所述第一烘烤部的升降单元，用于提升或降低平放于所述升降单元上的所述晶圆的高度；
升降单元驱动装置，用于驱动所述升降单元进行垂直移动。
2.根据权利要求1所述的晶圆烘烤装置，其特征在于，所述升降单元降低平放于其上的所述晶圆的高度为使所述晶圆下表面接触所述第一烘烤部。
3.根据权利要求1所述的晶圆烘烤装置，其特征在于，所述升降单元提升平放于其上的所述晶圆的高度为使所述晶圆上表面贴近所述第二烘烤部。
4.根据权利要求1所述的晶圆烘烤装置，其特征在于，所述第一烘烤部和所述第二烘烤部采用选自电阻烘烤和红外烘烤的烘烤方式中的一种。
5.根据权利要求4所述的晶圆烘烤装置，其特征在于，所述第一烘烤部和所述第二烘烤部具有由金属或者陶瓷形成的板状烘烤体。
6.根据权利要求1～5任一项所述的晶圆烘烤装置，其特征在于，所述第一烘烤部在所述第二烘烤部正下方。
7.根据权利要求1所述的晶圆烘烤装置，其中，所述晶圆烘烤装置还包括设置于所述烘烤腔室侧壁上的至少一个开合单元，所述开合单元在烘烤过程中呈关闭状态，所述开合单元在所述晶圆进出所述烘烤腔室时为开启状态。
8.根据权利要求1所述的晶圆烘烤装置，其特征在于，所述晶圆烘烤装置还包括至少一个温度监控装置，用于监控所述第一烘烤部或/和所述第二烘烤部的温度。
9.一种晶圆烘烤方法，其中所述晶圆具有相对设置的第一表面和第二表面，所述方法包括：
对所述晶圆第一表面进行第一烘烤；和
对所述晶圆第二表面进行第二烘烤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一烘烤的时间t1和所述第二烘烤的时间t2具有以下比例关系：0.8≤t1/t2≤1.25。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述t1/t2＝1。
12.根据权利要求9～11所述的方法，其中，所述第一烘烤的温度T1和所述第二烘烤的温度T2相同。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法使用权利要求1～8中任一项所述的晶圆烘烤装置进行。
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