CN111312581B - 一种可提升晶圆干燥效率的排气方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，提供一晶圆干燥装置，所述晶圆干燥装置包括干燥腔室、用于放置晶圆的晶圆容纳室以及恒温恒压气体供应器，所述干燥腔室被设置为用于保留一种气体，所述干燥腔室包括第一入口和第一出口以及从所述第一入口延伸至第一出口的内壁结构，所述内壁结构包括夹层区；所述晶圆容纳室设置于干燥腔室内部，且包括若干与晶圆片相匹配的洗涤槽。本发明通过在第一出口处设置快速排气管道，并将快速排气管道的另一端与抽气设备相连接，通过抽气设备进行抽气形成一向外牵引的压力以使干燥腔室内的热氮气沿气体流通路径加速流动并经快速排气管道排放而提高了干燥效率。

Description

一种可提升晶圆干燥效率的排气方法
技术领域
本发明涉及晶圆干燥技术领域，具体为一种可提升晶圆干燥效率的排气方法。
背景技术
在半导体制造领域中，湿法工艺占有相当庞大的份额，然而湿法工艺最后的区段需要依赖一晶圆干燥的工艺，完成湿法清洗工艺的动作后不仅需要对清洗后的晶圆维持洁净度，也需能充分的移除晶圆表面残余的水分子或是使用干燥工艺的各种有机溶剂或是其它相关溶剂的残留。故提升晶圆干燥效率的方法为在该领域中特别注重的环节，尤其是在透过气体与溶剂的两相融合与相的变化移除晶圆表面的水分的情况下更需要排气方法的改良与优化，找寻一种从排气方法来改善晶圆干燥技术的方法非常重要在气体与溶剂的两相融合的情况下提高晶圆干燥效率的排气方法，但是现有技术中没有可以实现在气体与溶剂的两相融合的情况下提高晶圆干燥效率的排气方法。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种可以实现在气体与溶剂的两相融合的情况下提高晶圆干燥效率的排气方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，提供一晶圆干燥装置，所述晶圆干燥装置包括干燥腔室、用于放置晶圆的晶圆容纳室以及恒温恒压气体供应器，所述干燥腔室被设置为用于保留一种气体，所述干燥腔室包括第一入口和第一出口以及从所述第一入口延伸至第一出口的内壁结构，所述内壁结构包括夹层区；所述晶圆容纳室设置于干燥腔室内部，且包括若干与晶圆片相匹配的洗涤槽；所述恒温恒压气体供应器用于提供恒定温度的惰性干燥气体并使其在恒定压力下沿干燥腔室内部形成的气体流通路径进行流动，所述干燥腔室还包括一用于向干燥腔室内部通入异丙醇液体的第三入口以及用于排出异丙醇的第三出口，所述第三入口和第三出口均设置在干燥腔室内远离第一入口的一侧；
晶圆干燥方法包括：
步骤S1、将待干燥晶圆片置入晶圆容纳室内并使每个晶圆片均置入对应的洗涤槽内且相互之间间隔以形成晶圆片间隙；
步骤S2、在第三出口关闭状态下打开第三入口向干燥腔室内部通入异丙醇液体直至晶圆容纳室内每个晶圆片均完全浸入在异丙醇液体中时关闭第三入口，持续1-3min使异丙醇分子与晶圆片上的水分子完全相容后打开第三出口使异丙醇液体完全排出后关闭第三出口；
步骤S3、将恒温恒压气体供应器的输出端口与第一入口密封连接并使第一入口按照通气调整策略向干燥腔室内部通入恒温恒压热氮气以利用热氮气气相与异丙醇液相的两相融合与相变化使晶圆片表面的水分在挥发点之前就被移除晶圆片表面；
步骤S4、惰性干燥气体经第一入口沿经过晶圆片的至少三条气体流通路径流动至干燥腔室内远离第一入口的一侧，并于该一侧流入夹层区的内部；
步骤S5、惰性干燥气体在夹层区内远离第一入口一侧流入至靠近第一入口另一侧后经由第一出口排出；
所述排气方法还包括在第一出口处设置快速排气管道，并将快速排气管道的另一端与抽气设备相连接，通过抽气设备进行抽气形成一向外牵引的压力以使干燥腔室内的热氮气沿气体流通路径加速流动并经快速排气管道排放至指定排放区。
优选的，所述排气方法还包括在通入热氮气的过程中，将第三出口间歇性的打开和关闭以在不改变槽体内各种组件的形状配置的情况下增强与优化氮气气流与异丙醇液流的流动路径。
优选的，所述第三出口设置在干燥腔室内底部中心位置并通过将干燥腔室底部设计成带有向下的倾斜角度的锥形结构以使得异丙醇液体在排放时形成螺旋式流动分布，使晶圆片表面形成异丙醇分子的均匀粘附。
优选的，所述通气调整策略包括用于调整向干燥腔室内部喷射惰性气体的通断时间的通断时间控制步骤和用于调整向干燥腔室内部喷射惰性气体的角度的气流角度调节步骤。
优选的，所述通断时间控制步骤被设置为依据晶圆片的湿润程度进行设定，所述气流角度调节步骤被设置为依据晶圆片的直径大小进行设定。
优选的，所述通气时间设定为1秒，且通气时间与断气时间比值为1～10；所述气流角度调节步骤设置为以晶圆片垂直中心线为基准双向展开共100度-130度的幅度对晶圆片进行喷洒。
优选的，所述夹层区有两个开口，包括设置于干燥腔室内远离第一入口一侧的第二入口和设置于干燥腔室内远离第二入口一侧的第二出口，所述第二出口和第一出口相连通。
优选的，所述至少三条气体流通路径包括由第一入口经晶圆片间隙至晶圆容纳室底部开口的第一路径、由第一入口经晶圆片洗涤槽至晶圆容纳室底部开口的第二路径、由第一入口经晶圆容纳室外侧壁至晶圆容纳室底部开口的第三路径、由第一入口经夹层区外侧壁至夹层区第二入口的第四路径。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过在第一出口处设置快速排气管道，并将快速排气管道的另一端与抽气设备相连接，通过抽气设备进行抽气形成一向外牵引的压力以使干燥腔室内的热氮气沿气体流通路径加速流动并经快速排气管道排放而提高了干燥效率，解决了在气体与溶剂的两相融合的情况下提高晶圆的干燥效率的问题。
附图说明
图1为本发明中晶圆干燥装置的结构示意图；
图2为本发明中气体流通路径的结构示意图；
图3为本发明中晶圆容纳室的结构示意图；
图4为本发明中图3沿B-B方向的剖视结构示意图；
图5为本发明中阳极氧化保温层的结构示意图；
图6为本发明中阳极氧化保温层加热氮气的气流流通结构示意图；
图7为本发明中阳极氧化保温层与振动结构和晶圆容纳室连接的结构示意图；
图8为本发明中振动结构和晶圆容纳室连接的结构示意图；
图9为本发明中驱动机构的结构示意图；
图10为本发明中振动结构的结构示意图；
图11为本发明中振动结构带动晶圆容纳室内的晶圆片进行微幅摆动的结构状态示意图。
图中：1、干燥腔室；101、第一入口；102、第一出口；103、夹层区；1031、第二入口；1032、第二出口；104、第三入口；105、第三出口；106、锥形结构；2、晶圆容纳室；201、洗涤槽；3、排气管道；301、气体滞留区；4、振动结构；401、支撑组件；402、驱动机构；4021、驱动电机；4022、轮摆式联轴转接器；4023、转动盘；4024、连接杆；4025、固定板；4026、连接块；4027、竖直导轨；4028、牵引块；5、晶圆片；6、阳极氧化保温层；601、辅助型管式加热器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图2所示，本发明提供的第一种实施例，一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，提供一晶圆干燥装置，所述晶圆干燥装置包括干燥腔室1、用于放置晶圆的晶圆容纳室2以及恒温恒压气体供应器，所述干燥腔室1被设置为用于保留一种气体，所述干燥腔室1包括第一入口101和第一出口102以及从所述第一入口101延伸至第一出口102的内壁结构，所述内壁结构包括夹层区103；所述晶圆容纳室2设置于干燥腔室1内部，且包括若干与晶圆片5相匹配的洗涤槽201；所述恒温恒压气体供应器用于提供恒定温度的惰性干燥气体并使其在恒定压力下沿干燥腔室1内部形成的气体流通路径进行流动，所述干燥腔室1还包括一用于向干燥腔室1内部通入异丙醇液体的第三入口104以及用于排出异丙醇的第三出口105，所述第三入口104和第三出口105均设置在干燥腔室1内远离第一入口101的一侧；
晶圆干燥方法包括：
步骤S1、将待干燥晶圆片5置入晶圆容纳室2内并使每个晶圆片5均置入对应的洗涤槽201内且相互之间间隔以形成晶圆片5间隙；
步骤S2、在第三出口105关闭状态下打开第三入口104向干燥腔室1内部通入异丙醇液体直至晶圆容纳室2内每个晶圆片5均完全浸入在异丙醇液体中时关闭第三入口104，持续1-3min使异丙醇分子与晶圆片5上的水分子完全相容后打开第三出口105使异丙醇液体完全排出后关闭第三出口105；
步骤S3、将恒温恒压气体供应器的输出端口与第一入口101密封连接并使第一入口101按照通气调整策略向干燥腔室1内部通入恒温恒压热氮气以利用热氮气气相与异丙醇液相的两相融合与相变化使晶圆片5表面的水分在挥发点之前就被移除晶圆片表面；
步骤S4、惰性干燥气体经第一入口101沿经过晶圆片5的至少三条气体流通路径流动至干燥腔室1内远离第一入口101的一侧，并于该一侧流入夹层区103的内部；
步骤S5、惰性干燥气体在夹层区103内远离第一入口101一侧流入至靠近第一入口101另一侧后经由第一出口102排出；
所述排气方法还包括在第一出口102处设置快速排气管道3，并将快速排气管道3的另一端与抽气设备相连接，通过抽气设备进行抽气形成一向外牵引的压力以使干燥腔室1内的热氮气沿气体流通路径加速流动并经快速排气管道3排放至指定排放区。
通过夹层区103的设置达成了对加热氮气不致意外泄露于排出管道区域的缓冲层作用，提升了对热氮气的利用效率，并且通过设置四条经过晶圆片5的气体流通路径，分别对晶圆片5的表面、晶圆片5的边缘、晶圆容纳室2的边缘以及夹层区103的外侧壁进行干燥，有效了提高了晶圆片5的干燥效率。
优选的，所述排气方法还包括在通入热氮气的过程中，将第三出口105间歇性的打开和关闭以在不改变槽体内各种组件的形状配置的情况下增强与优化氮气气流与异丙醇液流的流动路径。
优选的，所述第三出口105设置在干燥腔室1内底部中心位置并通过将干燥腔室1底部设计成带有向下的倾斜角度的锥形结构106以使得异丙醇液体在排放时可形成螺旋式流动分布，使晶圆片表面形成异丙醇分子的均匀粘附。
优选的，所述通气调整策略包括用于调整向干燥腔室1内部喷射惰性气体的通断时间的通断时间控制步骤和用于调整向干燥腔室1内部喷射惰性气体的角度的气流角度调节步骤。
优选的，所述通断时间控制步骤被设置为依据晶圆片5的湿润程度进行设定，所述气流角度调节步骤被设置为依据晶圆片5的直径大小进行设定。
优选的，所述通气时间设定为1秒，且通气时间与断气时间比值为1～10；所述气流喷射角度设置为以晶圆片5垂直中心线为基准双向展开共100度-130度的幅度对晶圆片5进行喷洒。
加热氮气的注入方法需配置适合于晶圆尺寸的槽体尺寸以及配置阵列排列的氮气喷嘴，可将阵列排列的氮气喷嘴安装于对称开合的联杆装置上的门板，氮气喷嘴可以安装在开合门板下端，减少不必要的相对空间的配置。氮气喷嘴的设置位置需要超过晶圆片5的最高点，确保喷嘴喷洒加热氮气的气雾线可以完整喷在晶圆片5上。氮气喷嘴的喷洒幅度控制在以喷嘴中心线双向展开共100度-130度的幅度，利用对称的左右两侧喷嘴，形成两侧的喷嘴的喷洒范围为交集的喷洒范围，确保在进行加热氮气的喷洒为有效的覆盖完整的晶圆片5。
优选的，所述夹层区103有两个开口，包括设置于干燥腔室1内远离第一入口101一侧的第二入口1031和设置于干燥腔室1内远离第二入口1031一侧的第二出口1032，所述第二出口1032和第一出口102相连通。
优选的，所述至少三条气体流通路径包括由第一入口101经晶圆片5间隙至晶圆容纳室2底部开口的第一路径、由第一入口101经晶圆片5洗涤槽201至晶圆容纳室2底部开口的第二路径、由第一入口101经晶圆容纳室2外侧壁至晶圆容纳室2底部开口的第三路径、由第一入口101经夹层区103外侧壁至夹层区103第二入口1031的第四路径。
优选地，在第一出口102处设置快速排气管道3，并将快速排气管道3的另一端与抽气设备相连接，通过抽气设备进行抽气形成一向外牵引的压力以使干燥腔室1内的热氮气沿气体流通路径加速流动并经快速排气管道3排放至指定排放区。
在需要增强与优化气流与液流的流动路径的需求下，需要减少在槽体内各种组件的形状配置对气流以及液流的干扰，排气管道3和抽气设备的设置增强了流场分布，排气效率与干燥效率都大幅度提升。
利用接合在干燥腔室1外槽体的部份，配置一用于缓冲的气体滞留区301，形成由夹层区103→气体滞留区301→排气管道3的连续排放路径，不采取一般的将排气管道3直接接在外槽体上，而是采取一带有气体滞留区301的具有缓冲效果的排放路径以确保气流能有效地形成特定的排气路径进行流动。
该实施例下，所述干燥方法包括还包括将干燥腔室1底部设计成带有向下的倾斜角度的锥形结构106以使得异丙醇液体在排放时可形成螺旋式流动分布，使晶圆片表面形成异丙醇分子的均匀粘附。
如图3和图4所示，在抽气设备和排气管道3的影响下，晶圆片5间隙内干燥流场方向的改变，增加了晶圆片表面与热氮气的接触时间，提高了排气效率和干燥效率。
如图5所示，本发明提供的第二种实施例，与第一种实施例的区别在于，还包括在干燥腔室1外侧壁设计一维持热氮气稳定的热动能的阳极氧化保温层6，且阳极氧化保温层6内嵌有辅助型管式加热器601用于进行辅助加热；并且，通过在干燥腔室1外侧壁和干燥腔室1内侧壁分别置入用于侦测温度的电子温度计并联动侦测对应于内外两侧的温度差异来控制辅助型管式加热器601的加热，以达成对干燥腔室1内热氮气的温度的控制以及调节。通过辅助型管式加热器601可以给热氮气提供在干燥过程中损失的热动能，避免由于自上而下热氮气温度的降低而使得晶圆片5出现上下两端干燥不均匀的情况。
如图6所示，为本发明中阳极氧化保温层6加热氮气的气流流通结构示意图，保温层给热氮气提供的热动能自干燥腔室1侧壁向干燥腔室1内部扩散，与此同时，晶圆片5上的水分再热氮气的作用下向晶圆片5的外部挥发掉。
优选地，所述干燥腔室1还包括一用于向干燥腔室1内部通入异丙醇液体的第三入口104以及用于排出异丙醇的第三出口105，所述第三入口104和第三出口105均设置在干燥腔室1内远离第一入口101的一侧。在第三出口105关闭状态下打开第三入口104向干燥腔室1内部通入异丙醇液体直至晶圆容纳室2内每个晶圆片5均完全浸入在异丙醇液体中时关闭第三入口104，持续1-3min使异丙醇分子与晶圆片5上的水分子完全相容后打开第三出口105使异丙醇液体完全排出后关闭第三出口105；然后将恒温恒压气体供应器的输出端口与第一入口101密封连接并使第一入口101按照通气调整策略向干燥腔室1内部通入恒温恒压热氮气以利用热氮气气相与异丙醇液相的两相融合与相变化使晶圆片5表面的水分在挥发点之前就被移除晶圆片表面。
如图7-图8所示，本发明提供的第三种实施例，与第一种实施例的区别在于，在晶圆容纳室2底部设置一能够使晶圆容纳室2围绕一支撑进行微幅摆动的振动结构4，并使其在步骤S3的过程中进行微幅摆动，以充分干燥晶圆片5与晶圆容纳室2之间接触的部分，避免出现干燥盲区。
如图9-图11所示，振动结构4包括一用于支撑晶圆容纳室2的支撑组件401和用于驱动所述支撑组件401进行微幅摆动的驱动机构402，所述驱动机构402包括轮摆式联轴转接器4022以及驱动所述轮摆式联轴转接器4022转动的驱动电机4021，所述轮摆式联轴转接器4022与转动盘4023连接用于带动转动盘4023及进行转动，所述转动盘4023与连接杆4024固定连接，连接杆4024的上端与固定板4025转动连接，所述固定板4025的两端均设有连接块4026且固定板4025的顶端固定安装有与支撑组件401固定连接的牵引块4028，所述连接块4026分别于竖直导轨4027滑动连接；通过驱动电机4021使轮摆式联轴转接器4022带动转接盘转动，进而通过转接盘带动固定板4025上的牵引块4028上下运动，通过牵引块4028带动支撑组件401的一侧上下摆动。
该振动结构4通过设计一轮摆式的运动机制，提供一支撑作用可以执行微幅的摆动，使置放于干燥装置内的晶圆片5可以微幅的摆动，使特殊图案化的高深宽比结构内的水分子可以在干燥过程中透过加热氮气、异丙醇的交互作用下、不断地破坏水分子与高深宽比孔隙结构的表面张力，反向使空乏区的毛细现象的水分子不断地被析出进行水分子置换的干燥反应。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，其特征在于，提供一晶圆干燥装置，所述晶圆干燥装置包括干燥腔室、用于放置晶圆的晶圆容纳室以及恒温恒压气体供应器，所述干燥腔室被设置为用于保留一种气体，所述干燥腔室包括第一入口和第一出口以及从所述第一入口延伸至第一出口的内壁结构，所述内壁结构包括夹层区；所述晶圆容纳室设置于干燥腔室内部，且包括若干与晶圆片相匹配的洗涤槽；所述恒温恒压气体供应器用于提供恒定温度的惰性干燥气体或热氮气并使其在恒定压力下沿干燥腔室内部形成的气体流通路径进行流动，所述干燥腔室还包括一用于向干燥腔室内部通入异丙醇液体的第三入口以及用于排出异丙醇的第三出口，所述第三入口和第三出口均设置在干燥腔室内远离第一入口的一侧；
排气方法包括：
步骤S1、将待干燥晶圆片置入晶圆容纳室内并使每个晶圆片均置入对应的洗涤槽内且相互之间间隔以形成晶圆片间隙；
步骤S2、在第三出口关闭状态下打开第三入口向干燥腔室内部通入异丙醇液体直至晶圆容纳室内每个晶圆片均完全浸入在异丙醇液体中时关闭第三入口，持续1-3min使异丙醇分子与晶圆片上的水分子完全相容后打开第三出口使异丙醇液体完全排出后关闭第三出口；
步骤S3、将恒温恒压气体供应器的输出端口与第一入口密封连接并使第一入口按照通气调整策略向干燥腔室内部通入恒温恒压惰性干燥气体或热氮气以利用惰性干燥气体或热氮气气相与异丙醇液相的两相融合与相变化使晶圆片表面的水分在挥发点之前就被移除晶圆片表面；
步骤S4、惰性干燥气体或热氮气经第一入口沿经过晶圆片的至少三条气体流通路径流动至干燥腔室内远离第一入口的一侧，并于该一侧流入夹层区的内部；
步骤S5、惰性干燥气体或热氮气在夹层区内远离第一入口一侧流入至靠近第一入口另一侧后经由第一出口排出；
所述排气方法还包括在第一出口处设置快速排气管道，并将快速排气管道的另一端与抽气设备相连接，通过抽气设备进行抽气形成一向外牵引的压力以使干燥腔室内的惰性干燥气体或热氮气沿气体流通路径加速流动并经快速排气管道排放至指定排放区。
2.根据权利要求1所述的一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，其特征在于，所述排气方法还包括在通入惰性干燥气体或热氮气的过程中，将第三出口间歇性的打开和关闭以在不改变槽体内各种组件的形状配置的情况下增强与优化惰性干燥气体或氮气气流与异丙醇液流的流动路径。
3.根据权利要求1所述的一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，其特征在于：所述第三出口设置在干燥腔室内底部中心位置并通过将干燥腔室底部设计成带有向下的倾斜角度的锥形结构以使得异丙醇液体在排放时形成螺旋式流动分布，使晶圆片表面形成异丙醇分子的均匀粘附。
4.根据权利要求1所述的一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，其特征在于：所述通气调整策略包括用于调整向干燥腔室内部喷射惰性气体或热氮气的通断时间的通断时间控制步骤和用于调整向干燥腔室内部喷射惰性气体或热氮气的角度的气流角度调节步骤。
5.根据权利要求4所述的一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，其特征在于：所述通断时间控制步骤被设置为依据晶圆片的湿润程度进行设定，所述气流角度调节步骤被设置为依据晶圆片的直径大小进行设定。
6.根据权利要求5所述的一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，其特征在于：所述通气时间设定为1秒，且通气时间与断气时间比值为1～10；所述气流角度调节步骤设置为以晶圆片垂直中心线为基准双向展开共100度-130度的幅度对晶圆片进行喷洒。
7.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，其特征在于：所述夹层区有两个开口，包括设置于干燥腔室内远离第一入口一侧的第二入口和设置于干燥腔室内远离第二入口一侧的第二出口，所述第二出口和第一出口相连通。
8.根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的一种可提升晶圆干燥效率的排气方法，其特征在于：所述至少三条气体流通路径包括由第一入口经晶圆片间隙至晶圆容纳室底部开口的第一路径、由第一入口经晶圆片洗涤槽至晶圆容纳室底部开口的第二路径、由第一入口经晶圆容纳室外侧壁至晶圆容纳室底部开口的第三路径、由第一入口经夹层区外侧壁至夹层区第二入口的第四路径。
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