CN110707028A - 晶圆热处理装置及晶圆热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆热处理装置及晶圆热处理方法。所述晶圆热处理装置包括：加热腔室，具有加热器，用于容纳晶圆，并在所述晶圆的温度高于第一预设温度时，控制所述加热器对所述晶圆进行闭环加热，所述闭环加热是指根据所述晶圆的温度实时调整所述加热器的加热功率；预热组件，位于所述加热腔室外部，用于将所述晶圆的温度预热至第二预设温度后传输至所述加热腔室，所述第二预设温度高于所述第一预设温度。本发明减少甚至是避免了晶圆因在加热腔室内进行开环加热过程而导致膜层翘曲的问题，改善了晶圆热处理效果，提高了半导体产品的良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆热处理装置及晶圆热处理方法。
背景技术
随着技术的发展，半导体工业不断寻求新的方式生产，以使得存储器装置中的每一存储器裸片具有更多数目的存储器单元。在非易失性存储器中，例如NAND存储器，增加存储器密度的一种方式是通过使用垂直存储器阵列，即3D NAND(三维NAND)存储器；随着集成度的越来越高，3D NAND存储器已经从32层发展到64层，甚至更高的层数。
在3D NAND存储器等半导体器件的制备过程中，快速热处理(Rapid ThermalProcess，RTP)是一个至关重要的步骤。但是，由于现有热处理装置结构以及处理方法的限制，在对晶圆进行快速热处理的过程中，经常会发生OOP(Out Of Pocket，翘曲)、处理腔室报警灯现象，严重时甚至导致晶圆的破片或者报废，影响半导体制程的顺利进行。
因此，如何改善晶圆快速热处理的效果，减少热处理过程中出现OPP的几率，提高半导体产品的良率，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种晶圆热处理装置及晶圆热处理方法，用于解决现有的快速热处理工艺易导致晶圆出现OPP现象的问题，以改善热处理效果，提高半导体产品的良率。
为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆热处理装置，包括：
加热腔室，具有加热器，用于容纳晶圆，并在所述晶圆的温度高于第一预设温度时，控制所述加热器对所述晶圆进行闭环加热，所述闭环加热是指根据所述晶圆的温度实时调整所述加热器的加热功率；
预热组件，位于所述加热腔室外部，用于将所述晶圆的温度预热至第二预设温度后传输至所述加热腔室，所述第二预设温度高于所述第一预设温度。
可选的，所述预热组件包括：
承载盘，用于承载所述晶圆；
预热器，用于将所述晶圆加热至所述第二预设温度。
可选的，所述预热器为嵌入所述承载盘内的电热丝，用于对所述承载盘承载的所述晶圆进行电加热。
可选的，所述电热丝在所述承载盘中呈网格状分布，以均匀加热所述晶圆。
可选的，所述预热组件还包括：
至少一传感器，用于检测所述晶圆的温度。
可选的，所述预热组件还包括：
温控板，位于所述晶圆背离所述承载盘的一侧；
所述传感器的数量为多个，且多个所述传感器沿所述温控板的径向分布。
可选的，还包括：
对准腔室，位于所述加热腔室外部；
对准器，位于所述对准腔室内，用于调整所述晶圆的角度，使得所述晶圆边缘的缺口位于预设位置；
所述预热组件设置于所述对准腔室与所述加热腔室之间。
可选的，还包括：
对准腔室，位于所述加热腔室外部；
对准器，位于所述对准腔室内，用于调整所述晶圆的角度，使得所述晶圆边缘的缺口位于预设位置；
所述预热组件设置于所述对准腔室内部，用于在所述晶圆对准之后对所述晶圆进行预热。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种晶圆热处理方法，包括如下步骤：
提供一用于容纳晶圆的加热腔室，所述加热腔室用于在所述晶圆的温度高于第一预设温度时，控制所述加热器对所述晶圆进行闭环加热，所述闭环加热是指根据所述晶圆的温度实时调整所述加热器的加热功率；
于所述加热腔室外部将所述晶圆预热至第二预设温度；
传输所述晶圆至所述加热腔室；
于所述加热腔室内部对所述晶圆进行闭环加热，所述第二预设温度高于所述第一预设温度。
可选的，于所述加热腔室外部将所述晶圆预热至第二预设温度的具体步骤包括：
于所述加热腔室外部设置一承载盘和预热器；
所述预热器加热所述承载盘上的所述晶圆至所述第二预设温度。
可选的，所述预热器为嵌入所述承载盘内的电热丝，用于对所述承载盘承载的所述晶圆进行电加热。
可选的，所述电热丝在所述承载盘中呈网格状分布，以均匀加热所述晶圆。
可选的，传输所述晶圆至所述加热腔室的具体步骤包括：
检测所述承载盘上的所述晶圆的温度是否达到第二预设温度，若是，则传输所述晶圆至所述加热腔室。
可选的，检测所述承载盘上的所述晶圆的温度是否达到第二预设温度的具体步骤包括：
于所述晶圆背离所述承载盘的一侧设置一温控板，所述温控板上具有沿其径向方向排布的多个传感器，所述传感器用于检测所述晶圆的温度；
判断是否存在一个所述传感器检测到的温度值高于所述第二预设温度，若是，则确认所述晶圆的温度达到第二预设温度。
可选的，于所述加热腔室外部将所述晶圆预热至第二预设温度之前，还包括如下步骤：
调整所述晶圆的角度，使得所述晶圆边缘的缺口位于预设位置。
本发明提供的晶圆热处理装置及晶圆热处理方法，通过在将晶圆送入加热腔室之前，对晶圆进行预热，使得进入所述加热腔室的所述晶圆的温度高于闭环加热流程的启动温度，减少甚至是避免了晶圆因在加热腔室内进行开环加热过程而导致膜层翘曲的问题，改善了晶圆热处理效果，提高了半导体产品的良率。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式中晶圆热处理装置的结构示意图；
附图2是本发明具体实施方式中预热组件的结构示意图；
附图3是本发明具体实施方式中传感器在温控板上的分布示意图；
附图4是本发明具体实施方式中晶圆热处理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的晶圆热处理装置及晶圆热处理方法的具体实施方式做详细说明。
当前在对晶圆进行快速热处理时，晶圆是以室温温度进入快速热处理机台的加热腔室，所述快速热处理机台会先对所述晶圆进行开环加热(Open Loop)处理，以对晶圆进行预热；当晶圆的温度达到进入闭环加热(Close Loop)处理的温度时，所述快速热处理机台开始对所述晶圆进行闭环加热。但是，由于不同种类的晶圆表面所具有的膜层结构不同，在开环加热过程中，预设的加热功率可能与所述晶圆表面的膜层结构不匹配，导致晶圆受热不均匀，触发OOP现象，使得热处理后的晶圆表面出现膜层翘曲，影响晶圆产品的良率，严重时甚至导致晶圆的报废。
为了避免晶圆在快速热处理的过程中出现OOP现象，改善快速热处理的效果，本具体实施方式提供了一种晶圆热处理装置，附图1是本发明具体实施方式中晶圆热处理装置的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的晶圆热处理装置，包括：
加热腔室10，具有加热器11，用于容纳晶圆20，并在所述晶圆20的温度高于第一预设温度时，控制所述加热器11对所述晶圆20进行闭环加热，所述闭环加热是指根据所述晶圆20的温度实时调整所述加热器11的加热功率；
预热组件，位于所述加热腔室10外部，用于将所述晶圆20的温度预热至第二预设温度后传输至所述加热腔室10，所述第二预设温度高于所述第一预设温度。
具体来说，所述预热组件独立的设置在所述加热腔室10外部。所述加热器11可以是但不限于卤素灯等光源。当所述加热器11为卤素灯等光源时，还可以在所述晶圆20下方设置反射板17，以反射所述光源发射的光线，提高加热效率。当所述晶圆20自外界传输至所述加热腔室10内的支撑架12上，所述支撑架12距离所述加热器11较近(即所述晶圆20与所述加热器11之间的距离小于预设距离，所述晶圆20处于高于预设位置的位置)，随后所述支撑架12开始下降直至预设位置(即所述晶圆与所述加热器11之间的距离为预设距离)。自所述晶圆20放置在所述支撑架12上开始，所述加热腔室10内的温度探针18实时检测所述晶圆20的温度，若所述温度探针18检测到所述晶圆20的温度低于所述第一预设温度，所述加热器11按照预先设定的加热功率对所述晶圆20进行开环(Open Loop)加热，即在所述开环加热过程中所述加热器11的加热功率不随所述晶圆20的温度变化；若所述温度探针18检测到所述晶圆20的温度高于所述第一预设温度时，所述晶圆热处理装置控制所述加热器对所述晶圆20进行闭环(Close Loop)加热。所述第一预设温度和所述第二预设温度的具体数值，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，例如所述第一预设温度为420℃，所述第二预设温度为450℃。
本具体实施方式通过在所述加热腔室10外部将所述晶圆20预先加热到高于所述第一预设温度的所述第二预设温度，使得在所述晶圆20被送入所述加热腔室10后，可以跳过开环加热过程，直接进入闭环加热过程，从而避免了开环加热过程中设置的加热器功率与晶圆表面的膜层结构不匹配的问题，减少OOP现象发生的概率，降低了所述晶圆20经过快速热处理后出现膜层翘曲的可能性，最终改善了晶圆产品的良率。
本领域技术人员可以根据实际需要设置预热组件的具体结构，只要能实现对所述晶圆20在进入所述加热腔室10之前的预热即可。附图2是本发明具体实施方式中预热组件的结构示意图。可选的，如图1、图2所示，所述预热组件包括：
承载盘13，用于承载所述晶圆20；
预热器，用于将所述晶圆20加热至所述第二预设温度。
可选的，所述预热器为嵌入所述承载盘13内的电热丝，用于对所述承载盘13承载的所述晶圆20进行电加热。
可选的，所述电热丝在所述承载盘13中呈网格状分布，以均匀加热所述晶圆20。
具体来说，通过在所述承载盘13中嵌入网格状的所述电热丝(例如电阻丝)，一方面，可以对所述晶圆20进行预热；另一方面，均匀分布的所述电热丝还能够实现对所述晶圆20的均匀加热，从而进一步确保了晶圆产品的良率。
可选的，所述预热组件还包括：
至少一传感器19，用于检测所述晶圆20的温度。
通过设置所述传感器19，可以及时知晓所述承载盘13上的所述晶圆20的温度，以便在所述晶圆20的温度达到所述第二预设温度之后，通过机械手臂将所述晶圆20传送至所述加热腔室10。
可选的，所述预热组件还包括：
温控板14，位于所述晶圆20背离所述承载盘13的一侧；
所述传感器19的数量为多个，且多个所述传感器19沿所述温控板14的径向分布。
附图3是本发明具体实施方式中传感器在温控板上的分布示意图。所述温控板14的中心在竖直方向上的投影与所述承载盘13的中心重合。所述温控板14上所述传感器19的具体数量，例如6个，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置，本具体实施方式对此不作限定。在所述温控板14的同一径向距离上，可以设置一个或者多个所述传感器19。所述传感器19优选为非接触式温度传感器。通过设置沿所述温控板14的径向方向分布的多个所述传感器19，可以实现对所述晶圆20表面多个区域温度的检测，当存在一个所述传感器19检测到的温度达到所述第二预设温度时，即可将所述晶圆20传输至所述加热腔室10。本具体实施方式中的预热组件在对所述晶圆20进行加热时，可以不根据所述晶圆20的温度实时反馈调节所述电热丝的加热功率(例如流经所述电热丝的电流大小)，直接采用所述电热丝对所述晶圆20以恒电流加热即可。本具体实施方式中所述的“多个”是指两个以上。
可选的，所述晶圆热处理装置还包括：
对准腔室15，位于所述加热腔室10外部；
对准器16，位于所述对准腔室15内，用于调整所述晶圆20的角度，使得所述晶圆20边缘的缺口位于预设位置；
所述预热组件设置于所述对准腔室15与所述加热腔室10之间。
具体来说，可以在所述对准腔室15与所述加热腔室10之间增设一预热腔室，所述预热组件设置在所述预热腔室内。所述晶圆20边缘位置具有缺口(notch)，用于确定所述晶圆20表面不同区域的方位。所述对准器16能够驱动所述晶圆20旋转，从而将所述缺口调整至预设位置。所述预设位置是指所述缺口的角度相对于所述对准器为预设值的位置。在所述晶圆20于所述对准腔室15内完成对准之后，机械手臂将所述晶圆20自所述对准腔室15传输至所述预热腔室，在所述预热腔室内预热之后再传输至所述加热腔室。本具体实施方式将所述预热组件设置在所述对准腔室15外部，可以避免预热组件在预热过程中产生的热量对对准器产生影响。
在其他具体实施方式中，所述晶圆热处理装置还包括：
对准腔室，位于所述加热腔室外部；
对准器，位于所述对准腔室内，用于调整所述晶圆的角度，使得所述晶圆边缘的缺口位于预设位置；
所述预热组件设置于所述对准腔室内部，用于在所述晶圆对准之后对所述晶圆进行预热。
即在其他具体实施方式中，可以将所述预热组件设置在所述对准腔室的内部，在所述晶圆完成对准操作之后，直接在所述对准腔室内对所述晶圆进行预热，无需额外再设置一预热腔室，以节省机台空间，提高空间利用率。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种晶圆热处理方法，附图4是本发明具体实施方式中晶圆热处理方法的流程图。本具体实施方式所述的晶圆热处理方法可以采用如图1-图3所示的晶圆热处理装置实施。如图1-图4所示，本具体实施方式提供的晶圆热处理方法，包括如下步骤：
步骤S41，提供一用于容纳晶圆20的加热腔室10，所述加热腔室10用于在所述晶圆20的温度高于第一预设温度时，控制所述加热器11对所述晶圆20进行闭环加热，所述闭环加热是指根据所述晶圆20的温度实时调整所述加热器11的加热功率；
步骤S42，于所述加热腔室10外部将所述晶圆20预热至第二预设温度；
步骤S43，传输所述晶圆20至所述加热腔室10；
步骤S44，于所述加热腔室10内部对所述晶圆20进行闭环加热，所述第二预设温度高于所述第一预设温度。
可选的，于所述加热腔室10外部将所述晶圆预热至第二预设温度的具体步骤包括：
于所述加热腔室10外部设置一承载盘13和预热器；
所述预热器加热所述承载盘13上的所述晶圆20至所述第二预设温度。
可选的，所述预热器为嵌入所述承载盘13内的电热丝，用于对所述承载盘13承载的所述晶圆20进行电加热。
可选的，所述电热丝在所述承载盘13中呈网格状分布，以均匀加热所述晶圆20。
可选的，传输所述晶圆20至所述加热腔室10的具体步骤包括：
检测所述承载盘13上的所述晶圆20的温度是否达到第二预设温度，若是，则传输所述晶圆20至所述加热腔室10。
可选的，检测所述承载盘13上的所述晶圆20的温度是否达到第二预设温度的具体步骤包括：
于所述晶圆20背离所述承载盘13的一侧设置一温控板14，所述温控板14上具有沿其径向方向排布的多个传感器19，所述传感器19用于检测所述晶圆20的温度；
判断是否存在一个所述传感器19检测到的温度值高于所述第二预设温度，若是，则确认所述晶圆20的温度达到第二预设温度。
可选的，于所述加热腔室10外部将所述晶圆20预热至第二预设温度之前，还包括如下步骤：
调整所述晶圆20的角度，使得所述晶圆20边缘的缺口位于预设位置。
本具体实施方式提供的晶圆热处理装置及晶圆热处理方法，通过在将晶圆送入加热腔室之前，对晶圆进行预热，使得进入所述加热腔室的所述晶圆的温度高于闭环加热流程的启动温度，减少甚至是避免了晶圆因在加热腔室内进行开环加热过程而导致膜层翘曲的问题，改善了晶圆热处理效果，提高了半导体产品的良率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种晶圆热处理装置，其特征在于，包括：
加热腔室，具有加热器，用于容纳晶圆，并在所述晶圆的温度高于第一预设温度时，控制所述加热器对所述晶圆进行闭环加热，所述闭环加热是指根据所述晶圆的温度实时调整所述加热器的加热功率；
预热组件，位于所述加热腔室外部，用于将所述晶圆的温度预热至第二预设温度后传输至所述加热腔室，所述第二预设温度高于所述第一预设温度。
2.根据权利要求1所述的晶圆热处理装置，其特征在于，所述预热组件包括：
承载盘，用于承载所述晶圆；
预热器，用于将所述晶圆加热至所述第二预设温度。
3.根据权利要求2所述的晶圆热处理装置，其特征在于，所述预热器为嵌入所述承载盘内的电热丝，用于对所述承载盘承载的所述晶圆进行电加热。
4.根据权利要求3所述的晶圆热处理装置，其特征在于，所述电热丝在所述承载盘中呈网格状分布，以均匀加热所述晶圆。
5.根据权利要求2所述的晶圆热处理装置，其特征在于，所述预热组件还包括：
至少一传感器，用于检测所述晶圆的温度。
6.根据权利要求5所述的晶圆热处理装置，其特征在于，所述预热组件还包括：
温控板，位于所述晶圆背离所述承载盘的一侧；
所述传感器的数量为多个，且多个所述传感器沿所述温控板的径向分布。
7.根据权利要求1所述的晶圆热处理装置，其特征在于，还包括：
对准腔室，位于所述加热腔室外部；
对准器，位于所述对准腔室内，用于调整所述晶圆的角度，使得所述晶圆边缘的缺口位于预设位置；
所述预热组件设置于所述对准腔室与所述加热腔室之间。
8.根据权利要求1所述的晶圆热处理装置，其特征在于，还包括：
对准腔室，位于所述加热腔室外部；
对准器，位于所述对准腔室内，用于调整所述晶圆的角度，使得所述晶圆边缘的缺口位于预设位置；
所述预热组件设置于所述对准腔室内部，用于在所述晶圆对准之后对所述晶圆进行预热。
9.一种晶圆热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一用于容纳晶圆的加热腔室，所述加热腔室用于在所述晶圆的温度高于第一预设温度时，控制所述加热器对所述晶圆进行闭环加热，所述闭环加热是指根据所述晶圆的温度实时调整所述加热器的加热功率；
于所述加热腔室外部将所述晶圆预热至第二预设温度；
传输所述晶圆至所述加热腔室；
于所述加热腔室内部对所述晶圆进行闭环加热，所述第二预设温度高于所述第一预设温度。
10.根据权利要求9所述的晶圆热处理方法，其特征在于，于所述加热腔室外部将所述晶圆预热至第二预设温度的具体步骤包括：
于所述加热腔室外部设置一承载盘和预热器；
所述预热器加热所述承载盘上的所述晶圆至所述第二预设温度。
11.根据权利要求10所述的晶圆热处理方法，其特征在于，所述预热器为嵌入所述承载盘内的电热丝，用于对所述承载盘承载的所述晶圆进行电加热。
12.根据权利要求11所述的晶圆热处理方法，其特征在于，所述电热丝在所述承载盘中呈网格状分布，以均匀加热所述晶圆。
13.根据权利要求10所述的晶圆热处理方法，其特征在于，传输所述晶圆至所述加热腔室的具体步骤包括：
检测所述承载盘上的所述晶圆的温度是否达到第二预设温度，若是，则传输所述晶圆至所述加热腔室。
14.根据权利要求13所述的晶圆热处理方法，其特征在于，检测所述承载盘上的所述晶圆的温度是否达到第二预设温度的具体步骤包括：
于所述晶圆背离所述承载盘的一侧设置一温控板，所述温控板上具有沿其径向方向排布的多个传感器，所述传感器用于检测所述晶圆的温度；
判断是否存在一个所述传感器检测到的温度值高于所述第二预设温度，若是，则确认所述晶圆的温度达到第二预设温度。
15.根据权利要求9所述的晶圆热处理方法，其特征在于，于所述加热腔室外部将所述晶圆预热至第二预设温度之前，还包括如下步骤：
调整所述晶圆的角度，使得所述晶圆边缘的缺口位于预设位置。
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