CN111312626B - 一种图案化晶圆干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图案化晶圆干燥方法，所述晶圆干燥方法包括在晶圆容纳室的底部设置一用于汇聚热氮气流至晶圆片底部的顶片模块并在洗涤槽之间开设有与晶圆容纳室内外侧相连通的排气缝，以及在第一入口处设置气体喷流模组以使热氮气具有提供足够的动能，所述顶片模块与晶圆片之间留有第一间隔，所述气体喷流模组包括若干可调节喷气流量的喷嘴，热氮气经由排气缝以及晶圆容纳室和顶片模块之间的空隙排出晶圆容纳室。本发明通过在在晶圆容纳室的底部设置一用于汇聚热氮气流至晶圆片底部的顶片模块，能够将晶圆片底部边缘部分充分干燥，使热氮气在气体喷流模组、晶圆容纳室和顶片模块之间形成循环气流场提高了干燥效率。

Description

一种图案化晶圆干燥方法

技术领域

本发明涉及晶圆干燥技术领域，具体为一种图案化晶圆干燥方法。

背景技术

在半导体制造领域中，晶圆产品可分为表面无加工的晶圆片、表面处 理后的平整晶圆片、具有部分图案化的晶圆产品，而上述第三种的晶圆产 品为具有图案形状的晶圆片，该晶圆产品的水分子在表面张力构成的毛细 现象会导致水分吸附于图案化的孔穴或柱孔内而无法被充分干燥，导致干 燥时间比长，效率比较低。并且一般晶圆片是架空在晶圆容纳室内的，水 分会随着重力附着在晶圆片底部的边缘位置，在一般的晶圆干燥方法中， 只能通过增加干燥时间来实现晶圆片底部的边缘位置的水分干燥以及图案 化的孔穴或柱孔内的水分干燥的问题，效率太低，并且在无法解决晶圆片 干燥不完全的问题。

发明内容

本发明通过在晶圆容纳室的底部设置一用于汇聚热氮气流至晶圆片底 部的顶片模块，使热氮气在气体喷流模组、晶圆容纳室和顶片模块之间形 成循环气流场提高了图案化晶圆片的干燥效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种图案化晶圆干燥方 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热氮气供应器，所述干燥腔室被设置为用于保留热氮 气，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液体的第三出口，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、将热氮气供应器的输出端口与第一入口密封连接以通过第一 入口向干燥腔室内部通入热氮气；

步骤S4、热氮气自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；

所述晶圆干燥方法还包括在晶圆容纳室的底部设置一用于汇聚热氮气 流至晶圆片底部的顶片模块并在洗涤槽之间开设有与晶圆容纳室内外侧相 连通的排气缝，以及在第一入口处设置气体喷流模组以使热氮气具有提供 足够的动能，所述顶片模块与晶圆片之间留有第一间隔，所述气体喷流模 组包括若干可调节喷气流量的喷嘴，热氮气在气体喷流模组、晶圆容纳室 和顶片模块之间形成循环气流场并经由排气缝以及晶圆容纳室和顶片模块 之间的空隙排出晶圆容纳室。

优选的，所述顶片模块上设置有若干与晶圆片相对应的聚流槽，所述 聚流槽用于汇聚热氮气至晶圆片底部边缘处。

优选的，所述气体喷流模组向干燥腔室内间歇性的喷射热氮气以使水 分子和异丙醇分子产生间歇性震荡。

优选的，所述内壁结构包括用于保温的夹层区，所述夹层区有且两个 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，所述第二入口处设置有扰流挡板，且所述扰流挡板上开设有 若干条形孔。

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。

优选的，所述干燥腔室的底部设置为带有向下倾斜角度的坡形结构用 以向晶圆片底部二次反射热氮气流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在晶圆容纳室的底部设置一用于汇聚热氮气流至晶圆片底 部的顶片模块，能够使热氮气在气体喷流模组、晶圆容纳室和顶片模块之 间形成循环气流场提高了图案化晶圆片的干燥效率，并且顶片模块上设置 有若干与晶圆片相对应的聚流槽，可汇聚热氮气至晶圆片底部边缘处，避 免晶圆片干燥不充分。

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为本发明中晶圆干燥装置的正面剖视结构示意图；

图3为本发明中气体流通路径的结构示意图；

图4为本发明中晶圆容纳室的结构示意图；

图5为本发明中图4沿B-B方向的剖视结构示意图；

图6为本发明中阳极氧化保温层的结构示意图；

图7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8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9为本发明中振动结构和晶圆容纳室连接的结构示意图；

图10为本发明中驱动机构的结构示意图；

图11为本发明中振动结构的结构示意图；

图12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、 坡形结构；2、晶圆容纳室；201、洗涤槽；202、排气缝；203、顶片模块； 2031、聚流槽；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，一种图案化晶圆干燥 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以及热氮气供应器，所述干燥腔室1被设置为用于保 留热氮气，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；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 排出异丙醇液体的第三出口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、将热氮气供应器的输出端口与第一入口101密封连接以通过 第一入口101向干燥腔室1内部通入热氮气；

步骤S4、热氮气自第一入口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；

所述晶圆干燥方法还包括在晶圆容纳室2的底部设置一用于汇聚热氮 气流至晶圆片5底部的顶片模块203并在洗涤槽之间开设有与晶圆容纳室2 内外侧相连通的排气缝202，以及在第一入口101处设置气体喷流模组以使 热氮气具有提供足够的动能，所述顶片模块203与晶圆片5之间留有第一 间隔，所述气体喷流模组包括若干可调节喷气流量的喷嘴，热氮气在气体 喷流模组、晶圆容纳室2和顶片模块203之间形成循环气流场并经由排气缝202以及晶圆容纳室2和顶片模块203之间的空隙排出晶圆容纳室2。

通过在晶圆容纳室2的底部设置一用于汇聚热氮气流至晶圆片5底部 的顶片模块203，能够使热氮气在气体喷流模组、晶圆容纳室2和顶片模块 203之间形成循环气流场提高了图案化晶圆片5的干燥效率。

本发明提供的一种实施例，所述顶片模块203上设置有若干与晶圆片5 相对应的聚流槽2031，所述聚流槽2031用于汇聚热氮气至晶圆片5底部边 缘处，形成一在晶圆片5底部边缘流动的气流路径，可以加快干燥效率并 且可以避免晶圆片5底部边缘干燥不充分。

优选的，所述气体喷流模组向干燥腔室1内间歇性的喷射热氮气以使 水分子和异丙醇分子产生间歇性震荡，间歇性震荡能够降低其本身表面张 力的限制，使水分子能够在异丙醇和热氮气的作用下，快速从晶圆片5表 面受热挥发，因而能达到快速干燥的效果。

优选的，所述内壁结构包括用于保温的夹层区103，所述夹层区103有 且两个开口，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，所述第二入口1031处设置有扰流挡板，且所述扰流挡板上开 设有若干条形孔；扰流挡板的设置能够增加氮气在干燥腔室1内的存留时 间，并且可以对干燥腔室1内原本的气流场起到一个扰流的作用，增加水 分子从晶圆表面的挥发效果。

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。

优选的，所述干燥腔室1的底部设置为带有向下倾斜角度的坡形结构 106用以向晶圆片5底部二次反射热氮气流。坡形结构106的设置可以利用 二次反射的热氮气流对晶圆片5底部的水分进行二次加热挥发，提升了干 燥效率。

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，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，向干燥腔室1内间歇性通气，且通气时间的设定为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。

如图3所示，本发明提供的第二种实施例，与第一种实施例不同之处 在于，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。

如图4和图5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6所示，本发明提供的第三种实施例，与第一种实施例不同之处 在于，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7所示，为阳极氧化保温层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 被移除晶圆表面。

如图8-图9所示，本发明提供的第四种实施例，与第一种实施例不同 之处在于，当晶圆片5上带有图案时，在较高深宽比的图案的表面张力构 成的毛细现象会导致水分吸附于高深宽比的孔穴或是柱孔中，导致水分子 可能性回流于图案底下的巨大空乏区内，在干燥过程中导致表面干燥，但 仍然保持大部分的水分沉积在空乏区内，会导致干燥效果不好，该实施例 中干燥方法还包括在晶圆容纳室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 以透过热氮气和异丙醇的交互作用不断地破坏高深宽比孔隙结构晶圆片5 内水分子与高深宽比孔隙结构的表面张力以使晶圆片5空乏区的水分子不 断地被析出。

如图10-图12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 (7)

1.一种图案化晶圆干燥方法，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热氮气供应器，所述干燥腔室被设置为用于保留热氮气，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液体的第三出口，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、将热氮气供应器的输出端口与第一入口密封连接以通过第一入口向干燥腔室内部通入热氮气；

步骤S4、热氮气自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；

所述晶圆干燥方法还包括在晶圆容纳室的底部设置一用于汇聚热氮气流至晶圆片底部的顶片模块并在洗涤槽之间开设有与晶圆容纳室内外侧相连通的排气缝，以及在第一入口处设置气体喷流模组以使热氮气具有提供足够的动能，所述顶片模块与晶圆片之间留有第一间隔，所述气体喷流模组包括若干可调节喷气流量的喷嘴，热氮气在气体喷流模组、晶圆容纳室和顶片模块之间形成循环气流场并经由排气缝以及晶圆容纳室和顶片模块之间的空隙排出晶圆容纳室。

2.根据权利要求1所述的一种图案化晶圆干燥方法，其特征在于，所述顶片模块上设置有若干与晶圆片相对应的聚流槽，所述聚流槽用于汇聚热氮气至晶圆片底部边缘处。

3.根据权利要求1所述的一种图案化晶圆干燥方法，其特征在于，所述气体喷流模组向干燥腔室内间歇性的喷射热氮气以使水分子和异丙醇分子产生间歇性震荡。

4.根据权利要求1所述的一种图案化晶圆干燥方法，其特征在于，所述内壁结构包括用于保温的夹层区，所述夹层区有且两个开口，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。

5.根据权利要求4所述的一种图案化晶圆干燥方法，其特征在于：所述第二入口处设置有扰流挡板，且所述扰流挡板上开设有若干条形孔。

6.根据权利要求5所述的一种图案化晶圆干燥方法，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。

7.根据权利要求1所述的一种图案化晶圆干燥方法，其特征在于：所述干燥腔室的底部设置为带有向下倾斜角度的坡形结构用以向晶圆片底部二次反射热氮气流。

Images